بعد ست سنوات من التطوير، أصبحت السيارة الكهربائية التي تعمل بالطاقة الشمسية الخاصة بالشركة الهولندية الناشئة، والتي تحمل اسم "0"، جاهزة للظهور لأول مرة. تتميز هذه السيارة المبتكرة بالقدرة على السير لعدة أشهر دون الحاجة إلى إعادة الشحن، مما يضع معيارًا جديدًا لكفاءة النقل الكهربائي. 

قام باحثون من جامعة ليهاي بتطوير مادة كمومية جديدة والتي يمكن أن تحدث ثورة كبيرة في كفاءة الألواح الشمسية. أظهرت هذه المادة المبتكرة، التي تجمع بين النحاس وسيلينيد الجرمانيوم (GeSe) وكبريتيد القصدير (SnS)، كفاءة كمية خارجية (EQE) تصل إلى 190%. ويتجاوز هذا الرقم حدود الكفاءة التقليدية، مما يشير إلى تحقيق اختراق يمكن أن يحدث تحولا في عملية حصاد الطاقة الشمسية.

فهم اختراق الكفاءة

تقوم الخلايا الشمسية بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، ويتم قياس فعاليتها بواسطة EQE، والذي يبلغ الحد الأقصى تقليديًا 100%. وتعني هذه الكفاءة بنسبة 100% أن كل فوتون من الضوء يولد إلكترونًا واحدًا من الكهرباء. ومع ذلك، فإن المادة الجديدة التي تم تطويرها في ليهاي تستخدم آلية تعرف باسم توليد الإكسيتون المتعدد (MEG)، حيث يمكن للفوتونات عالية الطاقة إنتاج أكثر من إلكترون واحد، وبالتالي دفع الكفاءة إلى ما هو أبعد من حاجز 100٪.

ما يميز هذه المادة هو استخدامها لـ "حالات النطاق المتوسط" - مستويات طاقة محددة داخل المادة تعزز قدرتها على تحويل الطاقة الشمسية. تقع مستويات الطاقة هذه في موقع مثالي لاستغلال الفوتونات التي قد تهدرها الخلايا الشمسية التقليدية. وتستفيد المادة من نطاق أوسع من الطيف الشمسي عن طريق امتصاص الضوء الإضافي في الأشعة تحت الحمراء والمرئية، وبالتالي تعزيز توليد الكهرباء.

العلم وراء الابتكار

 
رسم تخطيطي للخلية الشمسية ذات الأغشية الرقيقة مع CuxGeSe / SnS كطبقة نشطة. الائتمان: مختبر إيكوما / جامعة ليهاي

ويعود أداء المادة المثير للإعجاب إلى المعالجة الهيكلية الدقيقة على المستوى الجزيئي. ومن خلال إدخال ذرات النحاس في طبقات من GeSe وSnS، أنشأ الباحثون بنية ثنائية الأبعاد مربوطة بإحكام تتيح تفاعلات فوتونية فريدة مع المادة. تحدث هذه التفاعلات داخل فجوات فان دير فالس، وهي مساحات صغيرة بين طبقات المادة التي تتواجد فيها ذرات النحاس.

من خلال عمليات محاكاة حاسوبية واسعة النطاق وأساليب تجريبية، صقل الفريق تقنية تسمح بتحديد الموضع الدقيق لذرات النحاس، مما يقلل من التأثيرات غير المرغوب فيها مثل التجميع، والذي قد يضر بأداء المادة.

التطلع إلى الأمام: التحديات والفرص

إن تطوير مادة كمومية جديدة بكفاءة كمية تصل إلى 190% من قبل باحثين في جامعة ليهاي يمكن أن يؤدي إلى تقدم كبير في وسائل النقل التي تعمل بالطاقة الشمسية، بما في ذلك السيارات والشاحنات والحافلات.

هذه المادة المتقدمة، القادرة على التقاط نطاق واسع من ضوء الشمس بكفاءة، تعالج القيود الحالية للمركبات التي تعمل بالطاقة الشمسية من خلال توفير طاقة كافية للسفر لمسافات طويلة وأثقل دون الاعتماد على الوقود الأحفوري.

إن دمج هذه الخلايا الشمسية عالية الكفاءة في تصميمات المركبات يوفر إمكانية تقليل انبعاثات الكربون بشكل كبير، وخاصة في المركبات ذات الاستخدام الثقيل مثل الحافلات والشاحنات، حيث تشكل تكاليف الوقود والأثر البيئي مصدر قلق كبير.

ومع مواصلة تطوير هذه الخلايا الشمسية المتقدمة للاستخدام العملي، فإنها يمكن أن تحول الديناميكيات الاقتصادية والبيئية على مستوى العالم. يمكن أن يؤدي خفض تكاليف تشغيل المركبات وانبعاثات الكربون إلى تحقيق وفورات مالية كبيرة وتحسين الصحة العامة من خلال الهواء النظيف.

علاوة على ذلك، فإن التحول نحو المركبات التي تعمل بالطاقة الشمسية من شأنه أن يقلل من الاعتماد العالمي على النفط، ويعزز الاستقرار الجيوسياسي، ويشجع خلق فرص العمل في قطاعات الطاقة المتجددة. يمثل هذا التحول خطوة حاسمة نحو النقل العالمي المستدام، بما يتماشى مع الأهداف البيئية الأوسع ويمهد الطريق لمستقبل أنظف وأكثر استدامة.

وفي حين أن النتائج واعدة، إلا أنه لا يزال هناك طريق أمامنا قبل تسويق هذه المادة. يتطلب دمج هذه المادة الكمومية الجديدة في أنظمة الطاقة الشمسية الحالية مزيدًا من البحث والتطوير. على الرغم من أنها متقدمة، إلا أن عملية الإنتاج تحتاج إلى توسيع نطاقها للتطبيق العملي في صناعة الطاقة الشمسية.

الفوائد المحتملة لهذه التكنولوجيا هائلة. من خلال زيادة كفاءة الخلايا الشمسية بشكل كبير، يمكننا أن نخطو خطوات نحو حلول طاقة أكثر استدامة، مما يقلل من اعتمادنا على الوقود الأحفوري وتقليل التأثير البيئي لإنتاج الطاقة.

يمثل عمل البروفيسور تشينيدو إيكوما وفريقه في جامعة ليهاي قفزة كبيرة إلى الأمام في مجال الخلايا الكهروضوئية. إن تطويرها يتحدى القيود الحالية ويفتح آفاقًا جديدة لمستقبل الطاقة المتجددة. ومع تقدم هذه التكنولوجيا، يمكن أن تؤدي إلى أنظمة طاقة شمسية أكثر تكلفة وبأسعار معقولة، مما يجعل الوصول إلى الطاقة الشمسية أكثر سهولة في جميع أنحاء العالم ويساعد في الحفاظ على احتياجات الطاقة العالمية.

عن المؤلف

روبرت جينينغز هو ناشر مشارك لموقع InnerSelf.com مع زوجته ماري تي راسل. التحق بجامعة فلوريدا ، والمعهد التقني الجنوبي ، وجامعة سنترال فلوريدا بدراسات في العقارات ، والتنمية الحضرية ، والتمويل ، والهندسة المعمارية ، والتعليم الابتدائي. كان عضوا في مشاة البحرية الأمريكية والجيش الأمريكي بعد أن قاد بطارية مدفعية ميدانية في ألمانيا. عمل في مجال التمويل العقاري والبناء والتطوير لمدة 25 عامًا قبل أن يبدأ InnerSelf.com في عام 1996.

إن InnerSelf مكرس لمشاركة المعلومات التي تتيح للأشخاص اتخاذ خيارات متعلمة وثاقبة في حياتهم الشخصية ، من أجل المصلحة العامة ، ورفاهية الكوكب. دخلت مجلة InnerSelf أكثر من 30 عامًا من النشر إما مطبوعة (1984-1995) أو عبر الإنترنت باسم InnerSelf.com. يرجى دعم عملنا.

 المشاع الإبداعي 4.0

تم ترخيص هذا المقال بموجب ترخيص Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0. صف المؤلف روبرت جينينغز ، InnerSelf.com. رابط العودة إلى المادة ظهر هذا المقال أصلا على InnerSelf.com