نِقَاط كَمّ مبتَكَرَةٌ في الألواح الشمسية

يأتي على رأس قائمة رغبات أيٍّ من مناصري حماية البيئة وجود خلية شمسية يمكنها التفاعل بصورة مثالية لاستيعاب طيف كامل من موجات أشعة الشمس. وقد أشارت مجلة Nature Materials إلى أن هناك تقنية جديدة تحسِّن من كفاءة الخلايا الشمسية، من خلال الاستفادة من "نقاط الكم"، وهي عبارة عن بلورات شبه موصلة، تصل في أبعادها إلى أجزاء من بليون من المتر. ويمكن أن تساعد هذه التقنية في الاقتراب خطوة أكبر من تحويل هذه الرغبة إلى واقع.

ويسعى مهندسون ـ منذ نحو عقد من الزمن ـ إلى انتاج خلايا شمسية باستخدام نقاط الكم، ومن خلال تغيير حجم النقاط.. فمن الممكن السيطرة على أي موجات من الضوء تمتصها الخلية الشمسية. وأوضح إدوارد سارجنت، مهندس كهربائي في جامعة تورونتو، أونتاريو، الذي أشرف على هذه الدراسة، أنه من خلال هذا الإجراء يمكن زيادة الكفاءة.

يكمن التحدي التقني الرئيسي في إلصاق نقاط الكم بغشاء رقيق، وتغطيتها بجزيئات، عادة ما تكون جزيئات يجاندس العضوية، التي تسهل تدفق الإلكترونات عبر البلورات المشحونة، لكنها تمثل عبئًا على الغشاء بسبب حجمها، وهو ما يَحِدّ من أداء نقاط الكم.

وقد قام سارجنت وفريقه بتبديل جزئيات اليجاندس الضخمة غير العضوية بأيونات صغيرة غير عضوية، مثل الكلوريد، والبروميد، واليوديد، وكل منها تحتوي على إلكترون واحد حر للارتباط ببلورات نقاط الكم.

وللتحقق من أن الأيونات غير العضوية تعمل بفاعلية، استخدم كل من كانج وِي تشو، وآرام أماسيان، وهما عالمان في المواد بجامعة الملك عبد الله للعلوم والتكنولوجيا في ثوال بالمملكة العربية السعودية، المجهر الإلكتروني الماسح لتصوير سطح البلورات، حتى الذرات الفردية.

هذا.. وتتمتع الخلايا الشمسية المنتَجَة باستخدام هذه التقنية المبتكرة بكفاءة تحويل للطاقة الشمسية تصل إلى 6 في المائة، وهي أعلى نسبة تحققت حتى الآن. وأضاف سارجنت بأن هذه الخلايا تحتاج إلى كفاءة تحويل بنسبة تصل إلى 10 في المائة؛ لتكون قادرة على المنافسة التجارية مع الخلايا الشمسية التقليدية. وقال: "لكننا هنا قد مَهَّدنا الطريق لتحسينات مستقبلية".

اشترك للحصول على النشرة الإلكترونية المحدّثة كل أسبوعين لكي تبقى على اطلاع بكافة المستجدات على الموقع.