فالخلايا الشمسية المصنوعة من البوليمرات لها القدرة على أن تكون رخيصة وخفيفة الوزن ، لكن العلماء يكافحون لجعلها تولد الكهرباء بكفاءة.
البوليمر هو نوع من الجزيئات الكبيرة التي تشكل البلاستيك والمواد المألوفة الأخرى.
"الحقل هو غير ناضج، فإنه ليس هو في مرحلة الطفولة"، ويقول لو بينغ يو، وهو أستاذ في الكيمياء في جامعة شيكاغو.
الآن حدد فريق من الباحثين بقيادة يو بوليمر جديد يسمح للشحنات الكهربائية بالتحرك بسهولة أكبر عبر الخلية ، مما يعزز إنتاج الكهرباء.
يقول Luyao Lu ، وهو طالب دراسات عليا في الكيمياء ومؤلف رئيسي في الصحيفة: "تمتلك الخلايا الشمسية البوليمر قدرة كبيرة على توفير أجهزة إلكترونية منخفضة التكلفة وخفيفة الوزن ومرنة لحصاد الطاقة الشمسية". طبيعة الضوئيات يصف النتيجة.
تتكون المناطق النشطة من هذه الخلايا الشمسية من خليط من البوليمرات التي تعطي وتتلقى الإلكترونات لتوليد التيار الكهربائي عند التعرض للضوء. البوليمر الجديد الذي طورته مجموعة يو ، يسمى PID2 ، يحسن كفاءة توليد الطاقة الكهربائية بنسبة 15 في المئة عندما يضاف إلى خليط البوليمر - الفوليرين القياسي.
يقول لو: "الفوليرين ، وهو جزيء صغير من الكربون ، هو أحد المواد القياسية المستخدمة في الخلايا الشمسية البوليمرية". "في الأساس ، في الخلايا الشمسية البوليمرية ، لدينا بوليمر كمتبرع إلكترون وفوليرين كمستقبل إليكتروني للسماح بفصل الشحنات."
في عملهم ، أضاف الباحثون بوليمر آخر إلى الجهاز ، مما أدى إلى الخلايا الشمسية مع اثنين من البوليمرات واحد الفوليرين.
8.2 Percent Efficiency
وحققت المجموعة كفاءة بنسبة 8.2 في المائة عندما تمت إضافة كمية مثالية من PID2 - وهي أعلى نسبة على الإطلاق للخلايا الشمسية المكونة من نوعين من البوليمرات مع الفوليرين - وتعني النتيجة أنه يمكن تحقيق كفاءات أعلى بمزيد من العمل.
تعمل المجموعة ، التي تضم باحثين في مختبر أرغون الوطني ، على دفع الكفاءات نحو نسبة 10 ، وهو معيار ضروري للخلايا الشمسية البوليمر ليكون قابلا للتطبيق التجاري.
وكانت النتيجة مذهلة ، ليس فقط بسبب التقدم في القدرات التقنية ، يلاحظ يو ، ولكن أيضا لأن PID2 عزز الكفاءة عن طريق طريقة جديدة. الآلية القياسية لتحسين الكفاءة مع بوليمر ثالث هو عن طريق زيادة امتصاص الضوء في الجهاز.
آلية العمل
ولكن بالإضافة إلى هذا التأثير ، وجد الفريق أنه عند إضافة PID2 ، تم نقل الشحنات بسهولة أكبر بين البوليمرات وعبر الخلية.
من أجل تيار إلى أن تولدها الخلايا الشمسية، يجب أن يتم نقل الإلكترونات من البوليمر إلى الفوليرين داخل الجهاز. ولكن الفرق بين مستويات الطاقة الإلكترون لمعيار البوليمر الفوليرين كبيرة بما فيه الكفاية أن نقل الإلكترون بينهما أمر صعب. PID2 لديها مستويات الطاقة في بين اثنين آخرين، ويعمل كوسيط في هذه العملية.
يقول يو: "إنها بمثابة خطوة". "عندما تكون مرتفعة للغاية ، يصعب عليك تسلقها ، ولكن إذا وضعت في الوسط خطوة أخرى ، فيمكنك المشي بسهولة".
تسبب إضافة PID2 في مزيج البوليمر لتشكيل الألياف ، مما يحسن من حركة الإلكترونات في جميع أنحاء المواد. تعمل الألياف كطريق للسماح للإلكترونات بالسير إلى الأقطاب الكهربائية على جانبي الخلية الشمسية.
يشرح يو قائلا: "إن الأمر يشبه أنك تولد شارعًا وأن شخصًا يسافر على طول الشارع يمكنه العثور على طريقة للانتقال من هذه النهاية إلى أخرى".
وللكشف عن هذا الهيكل ، قام ويي تشن من قسم علوم المواد بمختبر أرجون الوطني ومعهد الهندسة الجزيئية بإجراء دراسات انتثار بالأشعة السينية باستخدام مصدر الفوتون المتقدم في أرغون ومصدر الضوء المتقدم في لورانس بيركلي.
يقول يو: "بدون ذلك من الصعب الحصول على رؤية حول البنية". "هذا يفيدنا كثيرًا."
"هذه المعرفة ستكون بمثابة الأساس الذي يمكن من خلاله تطوير أجهزة فلطائية عضوية عالية الكفاءة لتلبية احتياجات الطاقة المستقبلية للبلاد" ، يضيف تشين.
المصدر جامعة شيكاغو
دراسة الأصلية
عن المؤلف
إميلي كونوفر كاتبة علوم لها خبرة في الفيزياء وعلم الفلك. وهي تكتب في مكتب أخبار جامعة شيكاغو ، ومدونتها العلمية الخاصة ، "التفاعلات الضعيفة" ، وهي متاحة للعلم المستقل أو الكتابة الفنية.
بيان الإفصاح: قامت مؤسسة العلوم الوطنية ، ومكتب سلاح الجو للبحوث العلمية ، ووزارة الطاقة الأمريكية بتمويل البحث.
أوصى كتاب:
السحر الأخضر: الحفظ ، والطاقة الشمسية ، والبستنة العضوية ، ومهارات عملية أخرى من مجموعة أدوات التكنولوجيا المناسبة - بقلم جون مايكل جرير
في العصور القديمة ، كان الساحر مفكراً مستقلاً كان مخزونه الرئيسي في التجارة نصيحة جيدة ، مدعوماً بتعليم شامل في الزراعة والملاحة والعلوم السياسية والعسكرية واللغات والتجارة والرياضيات والطب والعلوم الطبيعية. هذا الكتاب هو من الضروري قراءة أي شخص مهتم بالحد من اعتمادنا على النظام الصناعي المثقل بالأعباء ، وفي عالم يعاني من نقص خطير في الطاقة والمتاعب الاقتصادية ، يجعل الحياة أقل صدمة وأقل قابلية للعيش. من المفاهيم الأساسية للإيكولوجيا إلى مجموعة كبيرة من التقنيات العملية ، يعتبر Green Wizardry دليلاً شاملاً للمعالج الحالي في التدريب.
اضغط هنا لمزيد من المعلومات و / أو لطلب هذا الكتاب.
