الخلايا الشمسية الجديدة ذات الآبار الكمومية حددت رقماً قياسياً عالمياً من حيث الكفاءة

الخلايا الشمسية الجديدة ذات الآبار الكمومية حددت رقماً قياسياً عالمياً من حيث الكفاءة

تتألق الخلية الشمسية المُسجّلة للأرقام القياسية باللون الأحمر تحت التلألؤ الأزرق.

يواصل العلماء دفع كفاءة الألواح الشمسية إلى أعلى وأعلى ، وهناك رقم قياسي جديد للإبلاغ عنه: حققت خلية شمسية جديدة كفاءة بنسبة 39.5 في المائة في ظل ظروف الإضاءة العالمية القياسية للشمس الواحدة.

يعد محدد الشمس هذا ببساطة طريقة معيارية لقياس كمية ثابتة من ضوء الشمس ، ويمكن الآن تحويل ما يقرب من 40 في المائة من هذا الإشعاع إلى كهرباء. كان الرقم القياسي السابق لهذا النوع من مواد الألواح الشمسية هو 39.2 بالمائة من الكفاءة.

هناك أنواع من الخلايا الشمسية أكثر مما قد تدركه. غالبًا ما يتم نشر النوع المستخدم هنا ، وهو الخلايا الشمسية الترادفية ثلاثية الوصلات III-V ، في الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية ، على الرغم من أن لديها الكثير من الإمكانات هنا على أرض صلبة أيضًا.

يقول الفيزيائي مايلز شتاينر ، من المختبر الوطني للطاقة المتجددة : "الخلية الجديدة أكثر كفاءة ولديها تصميم أبسط قد يكون مفيدًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات الجديدة ، مثل التطبيقات محدودة المساحة أو تطبيقات الفضاء منخفضة الإشعاع" ( NREL) في كولورادو.

يعتبر جزء "التقاطع الثلاثي" من المعادلة مهمًا من حيث كفاءة الخلية الشمسية. يركز كل تقاطع على جزء معين من نطاق الطيف الشمسي ، مما يعني فقدان قدر أقل من الضوء وتركه غير مستخدم.

تم تحقيق المزيد من المكاسب في الكفاءة من خلال استخدام ما يسمى بتقنيات "آبار الكم". إن الفيزياء التي تقف وراءها معقدة للغاية ، لكن الفكرة العامة هي أن المواد يتم اختيارها بعناية وتحسينها ، وجعلها رفيعة قدر الإمكان. يؤثر هذا على فجوة الحزمة ، وهو الحد الأدنى من الطاقة المطلوبة لإثارة الإلكترونات وتدفق التيار.

في هذه الحالة ، تتكون الوصلات الثلاثة من فوسفيد إنديوم الغاليوم (GaInP) ، زرنيخيد الغاليوم (GaAs) مع إضافة بعض الكفاءات الكمومية الإضافية ، وزرنيخيد إنديوم الغاليوم (GaInAs).

"العنصر الأساسي هو أنه في حين أن GaAs مادة ممتازة وتستخدم بشكل عام في الخلايا متعددة الوصلات III-V ، إلا أنها لا تحتوي على فجوة الحزمة الصحيحة لخلية ثلاثية الوصلات ، مما يعني أن توازن التيارات الضوئية بين الخلايا الثلاث ليس هو الأمثل "، كما يقول الفيزيائي رايان فرانس  من NREL.

"هنا ، قمنا بتعديل فجوة الحزمة مع الحفاظ على جودة المواد الممتازة باستخدام الآبار الكمية ، والتي تمكن هذا الجهاز والتطبيقات الأخرى المحتملة."

تتضمن بعض التحسينات المضافة في هذه الخلية الأخيرة زيادة في كمية الضوء الممتص دون أي فقد مماثل للجهد. تم إجراء العديد من التعديلات التقنية الأخرى لتقليل القيود.

إنها أعلى كفاءة لشمس واحدة من أي خلية شمسية تم تسجيلها على الإطلاق ، على الرغم من أننا رأينا أعلى من الإشعاع الشمسي الأكثر كثافة. بينما تستغرق التقنيات وقتًا لتشق طريقها من المختبر إلى المنتجات الفعلية ، فإن التحسينات المحتملة مثيرة.

وسجلت الخلايا أيضًا كفاءة فضائية مذهلة تبلغ 34.2 في المائة ، وهو ما يجب أن تحققه عند استخدامها في المدار. وزنها ومقاومتها للجسيمات عالية الطاقة تجعلها مناسبة بشكل خاص لهذه المهمة.

كتب الباحثون في ورقتهم المنشورة : "نظرًا لأن هذه الخلايا الشمسية 1-sun هي الأعلى كفاءة حتى كتابة هذه السطور ، فإن هذه الخلايا تضع أيضًا معيارًا جديدًا للكفاءة التي يمكن تحقيقها عبر جميع التقنيات الكهروضوئية" .