الخلية الشمسية التي تحول 1 فوتون إلى إلكترونين


الخلايا الشمسية من الصعب إرضاءه. إذا كان الفوتون الوارد لديه طاقة قليلة جدًا ، فلن تمتصه الخلية. إذا كان الفوتون لديه الكثير ، فإن الفائض يضيع كحرارة. بغض النظر عن أي شيء ، لا يمكن لخلية سليكون الشمسية توليد أكثر من إلكترون واحد من فوتون واحد. إن مثل هذه الحقائق الكمومية القاسية تحد بشدة من كفاءة تحويل الخلايا الضوئية ، وقد أمضى العلماء عقودًا في البحث عن عمل. الآن ، نشر الباحثون في مركز الاستكشافات التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوج

الخلايا الشمسية من الصعب إرضاءه. إذا كان الفوتون الوارد لديه طاقة قليلة جدًا ، فلن تمتصه الخلية. إذا كان الفوتون لديه الكثير ، فإن الفائض يضيع كحرارة. بغض النظر عن أي شيء ، لا يمكن لخلية سليكون الشمسية توليد أكثر من إلكترون واحد من فوتون واحد. إن مثل هذه الحقائق الكمومية القاسية تحد بشدة من كفاءة تحويل الخلايا الضوئية ، وقد أمضى العلماء عقودًا في البحث عن عمل.

الآن ، نشر الباحثون في مركز الاستكشافات التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا حجة مقنعة مفادها أن مفتاح زيادة كفاءة الطاقة الشمسية قد يكون صبغة عضوية تسمى البنتاسين. في عدد اليوم من مجلة ساينس دانيال كونغريف ، جيي لي ، نيكولاس طومسون ، مارك بالدو وستة آخرين يظهرون أن الخلية الكهروضوئية المبنية على البنتاسين يمكن أن تولد إلكترونين من فوتون واحد - المزيد من الكهرباء من نفس كمية الشمس. لقد اشتبه العلماء لبعض الوقت في أن هذا قد ينجح. ورقة اليوم هي دليل على المفهوم.

المفتاح هو ظاهرة تسمى الانشطار المنفرد ، والتي ينتج فيها الفوتون القادم اثنين من "excitons" (حالات مثارة) يمكن إجراؤها لإعطاء إلكترونين. كان باحثون سابقون قد أنجزوا حيلًا مشابهة باستخدام النقاط الكمومية (قطع صغيرة من المادة التي تتصرف مثل الذرات) والضوء العميق للأشعة فوق البنفسجية. "ما أظهرناه هنا ،" يقول بالدو ، بالإضافة إلى استخدام الضوء المرئي ، "هو أن [هذه العملية] تعمل بشكل فعال للغاية في المواد العضوية".

ولماذا لا يزال العمل غير واضح بشكل واضح ، وفي الوقت الحالي ، تعمل خلية البنتاسين فقط مع شريط ضيق للغاية من الضوء المرئي. لكن بالدو يقول إنه من الممكن إنشاء طبقة من البنتاسين لخلايا السليكون الشمسية التي تعزز كفاءة التحويلات الإجمالية من 25 في المائة اليوم إلى الظل فوق 30 في المائة - قفزة كبيرة. تطوير هذه التكنولوجيا هو الخطوة التالية الواضحة. "يمكننا تطبيق هذا الشيء كطلاء على السيليكون؟" يقول بالدو. "إذا تمكنا من القيام بذلك ، فسيكون لذلك تأثير كبير على تكنولوجيا الخلايا الشمسية."