(لي وآخرون ، البصريات ، 2020)

توفر الألواح الشمسية إمكانات هائلة لنقل المزيد من الناس بعيدًا عن الكهرباء المتولدة من حرق الفحم ، ويتجاوز ابتكار جديد ابتكره العلماء أكثر من الضعف. كمية الضوء التي تلتقطها الخلايا الشمسية التقليدية .

في دراسة جديدة ، قام فريق من العلماء من المملكة المتحدة اكتشف البرتغال والبرازيل أن نقش نمط ضحل من خطوط الشبكة في تصميم رقعة الشطرنج على الخلايا الشمسية يمكن أن يعزز التيار المتولد من السيليكون البلوري (c-Si) بنسبة تصل إلى 125 بالمائة.

يوضح الباحث كريستيان شوستر من جامعة يورك: “لقد وجدنا خدعة بسيطة لزيادة امتصاص الخلايا الشمسية النحيفة”.

“تُظهر تحقيقاتنا أن فكرتنا تنافس في الواقع تحسين الامتصاص للتصاميم الأكثر تعقيدًا – مع امتصاص المزيد من الضوء في عمق الطائرة وضوء أقل بالقرب من بنية السطح نفسها.”

Checkerboard 505 (دكتور دافيد زيكا)

حتى الآن ، لم ينتج عن المحاولات المماثلة باستخدام تصميمات شبكية بسيطة سوى مكاسب هامشية في امتصاص ضوء الشمس ، كما يقول الفريق.

أدى هذا إلى المزيد التعديلات الهيكلية المعقدة نظريًا ، ناهيك عن جميع أنواع التصاميم البديلة القائمة على الطاقة الشمسية ، بما في ذلك الألواح الشمسية المضادة ، الطحالب الخفيفة ، و خلايا شمسية شفافة

.

في حين أن كل اكتشاف هو تقدمه الشرعي نحو تحقيق يعتمد العالم الأقل (وفي النهاية لا) على الوقود الأحفوري ، يقول شوستر وفريقه إنه حتى التعديلات البسيطة جدًا على تكنولوجيا الخلايا الشمسية الحالية يمكن أن تزيد بشكل كبير من قدرتنا على جني الطاقة من الشمس.

بدلاً من النظر إلى تصميمات هيكلية جديدة تعتمد على القوام الطبيعي أو الخوارزميات الحسابية ، ركز الباحثون بدلاً من ذلك على تحديد أي الاعتبارات النظرية الأساسية ستتيح ns نمطًا محسنًا لتشتت ضوء الشمس وانحرافه.

كان هدفهم جعل خلية شمسية تمتص المزيد من الطاقة عن طريق حجز المزيد من ضوء الشمس ، بينما تعكس أقل بعيدًا عن نفسها.

)

تقترح نمذجةهم أن الخطوط المحززة ، المرتبة في بنية دورية بسيطة وشبه عشوائية ، تعمل على تحسين أداء “المجال الضوئي” : المنطقة داخل البنية الضوئية التي يتم فيها ترتيب عنصر الانكسار الأساسي بشكل دوري بطريقة أحادية البعد.

في تجربة ، قام الفريق بمحاكاة الأداء مجال فوتوني بنمط رقعة الشطرنج ، مصنوع من لوح سيليكون بلوري بسماكة 1 ميكرومتر فقط (أرق عدة مرات من خيط من حرير نسيج العنكبوت) ، ومقارنته بأنواع أخرى من تصميمات الخلايا الشمسية بما في ذلك خلية مستوية عادية ، وخطوط مقضب عمودية والخطوط المتقاطعة وغيرها.

getImage 1 (لي وآخرون آل ، البصريات أ ، 2020)

اقترحت النتائج أن رقعة الداما ذات التدوير العشوائي لوحداتها المتكررة تولد تيارًا أكثر من أي من الخلايا المنافسة ، وتولد حوالي 125 في المائة مثل الخلايا الشمسية التقليدية بدون تصميم خط مقضب.

بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لبساطته المتأصلة ، يقول الفريق إن تصميم لوحة الشطرنج يمكن أن يكون أسهل في التصنيع على نطاق صناعي ، وأيضًا أكثر قوة من النانو الأخرى الأكثر تعقيدًا أنماط الخلايا الشمسية المهيكلة.

“تلبي قاعدة التصميم الخاصة بنا جميع الجوانب ذات الصلة باحتجاز الضوء للخلايا الشمسية ، مما يمهد الطريق لهياكل الانعراج البسيطة والعملية والمتميزة ، مع تأثير محتمل يتجاوز الفوتونية التطبيقات ، “ يقول شوستر .

” يوفر هذا التصميم إمكانية زيادة دمج الخلايا الشمسية في مواد أرق ومرنة وبالتالي خلق المزيد من الفرص لاستخدام الطاقة الشمسية في المزيد من المنتجات. “

إن r يقر الباحثون أن نتائجهم النموذجية قد تكون أقل إثارة للإعجاب إلى حد ما في العالم الحقيقي ، بمجرد وضع تدابير التصنيع ، اعتمادًا على مواد معينة مستخدمة لتصنيع الخلايا وتغليفها. سيكون لتغيير عمق الحفر أو حجم الألواح تأثير أيضًا.

ومع ذلك ، يقول الفريق إن مبادئ التصميم التي أشاروا إليها هنا قد تؤدي إلى تأثيرات إيجابية في تصميمات الخلايا الشمسية ، وأيضًا في المجالات ذات الصلة التي تعتمد أيضًا على الوظائف الفيزيائية التخريبية المشابهة لانحراف الضوء ، مثل دروع الضوضاء الصوتية وألواح كسر الرياح والأسطح المضادة للانزلاق والمزيد.

علاوة على ذلك ، من خلال تصنيع مثل هذه الخلايا الشمسية الرقيقة مع تصميم رقعة الشطرنج ، يمكن أن تصل فعالية تكلفة الموارد المستخدمة في تصنيع الخلايا إلى 10 أضعاف ، كما يعتقد الفريق.

“من حيث المبدأ ، سنستخدم 10 أضعاف الطاقة الشمسية بنفس المقدار من المواد الماصة ، “ يقول شوستر .

” يمكن للخلايا الشمسية الأرق بعشر مرات أن تمكن من التوسع السريع للخلايا الكهروضوئية ، وزيادة إنتاج الكهرباء الشمسية ، وتقليل بصمتنا الكربونية بشكل كبير. “

تم الإبلاغ عن النتائج في البصريات .

٪٪ item_read_more_button ٪٪

1 تعليق

ترك الرد

من فضلك ادخل تعليقك
من فضلك ادخل اسمك هنا