قام علماء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتوعية السيليكون الموجود شمسي الخلايا بطريقة انشطار الإكسيتون المفرد. هذا يمكن أن يزيد من كفاءة شمسي الخلايا من 18 بالمائة إلى 35 بالمائة وبالتالي مضاعفة إنتاج الطاقة وبالتالي تقليل تكاليف تكنولوجيا الطاقة الشمسية.
لقد أصبح من الضروري تقليل اعتمادنا على الوقود الأحفوري وبناء التقنيات من أجل مستقبل مستدام. الطاقة الشمسية هو مصدر متجدد ل طاقة أين صن يتم تحويل الضوء إلى طاقة كهربائية. الخلايا الشمسية هي الأكثر شيوعًا مصنوعة من السيليكون الذي يستخدم العملية الكهروضوئية للتحويل ضوء الشمس في الكهرباء. يتم أيضًا تصميم الخلايا الترادفية والتي تتضمن عمومًا خلايا البيروفسكايت حيث يكون كل قسم من الخلايا شمسي يمكن تسخير الخلايا صن الطاقة من طيفها المتنوع وبالتالي تتمتع بكفاءة أعلى. الخلايا الشمسية المتوفرة اليوم محدودة بكفاءتها التي تتراوح بين 15 إلى 22 بالمائة فقط.
نشرت دراسة في 3 يوليو في الطبيعة لقد أظهر كيف السيليكون شمسي ويمكن رفع كفاءة الخلية إلى ما يصل إلى 35% من خلال تطبيق تأثير يسمى انشطار إكسيتون المفرد. في هذا التأثير، يمكن لجسيم واحد من الضوء (الفوتون) توليد زوجين من الثقوب الإلكترونية بدلاً من زوج واحد فقط. يُرى انشطار الإكسيتون الفردي في العديد من المواد منذ اكتشافه في السبعينيات. وتهدف الدراسة الحالية إلى ترجمة هذا التأثير لأول مرة إلى واقع قابل للتطبيق شمسي خلية - زنزانة.
قام الباحثون بنقل تأثير انشطار الإكسيتون الفردي من التيتراسين - وهي مادة معروفة تظهره - إلى السيليكون البلوري. هذه المادة التيتراسين هي مادة هيدروكربونية عضوي أشباه الموصلات. تم إجراء النقل عن طريق وضع طبقة رقيقة إضافية من أوكسينيتريد الهافنيوم (8 أنجستروم) بين طبقة التيتراسين الإكسيتونية والسيليكون. شمسي الخلية وربطها.
عملت طبقة أوكسينيتريد الهافنيوم الصغيرة هذه كجسر ومكنت من توليد فوتونات عالية الطاقة في طبقة التيتراسين والتي أدت بعد ذلك إلى إطلاق إلكترونين في خلية السيليكون بدلاً من الإلكتروني المعتاد. هذا التحسس من السيليكون شمسي قللت الخلية من خسائر الحرارة ومكّنت من حساسية أفضل للضوء. مخرجات الطاقة من شمسي تضاعفت الخلايا مع زيادة الإنتاج من الأجزاء الخضراء والزرقاء من الطيف. وهذا يمكن أن يعزز كفاءة شمسي الخلايا بنسبة تصل إلى 35 بالمائة. تختلف هذه التقنية عن الخلايا الشمسية الترادفية لأنها تضيف المزيد من التيار إلى السيليكون دون إضافة خلايا إضافية.
أظهرت الدراسة الحالية أن الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون المنفردة الانشطارية يمكن أن تظهر كفاءات متزايدة وبالتالي تقلل التكلفة الإجمالية لتوليد الطاقة لتكنولوجيا الطاقة الشمسية.
***
{يمكنك قراءة ورقة البحث الأصلية عن طريق النقر فوق ارتباط DOI الوارد أدناه في قائمة المصدر (المصادر) المذكورة}
المصدر (ق)
إينزينجر ، إم وآخرون. 2019. توعية السيليكون عن طريق انشطار إكسيتون المفرد في التتراسين. طبيعة سجية. 571. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1339-4
