زيادة كفاءة الخلايا الشمسية بأكثر من 10% بفضل تقنية النانو

نجح فريق بحثي في تحسين البنية النانوية في الخلايا الشمسية، مما أدى إلى زيادة الكفاءة بنسبة تزيد عن 10%، مما يفتح المجال لتطبيقات جديدة لتكنولوجيا الطاقة النظيفة.

أعلن فريق بحثي في معهد هيبي للعلوم الفيزيائية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم للتو عن طريقة جديدة لزيادة كفاءة الخلايا الشمسية بنسبة تزيد عن 10٪ عن طريق تحسين البنية النانوية للمواد الكهروضوئية.

في هذه الدراسة، نجح العلماء في تطوير تقنية لضبط المسافة بين قضبان نانوية من ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂) دون تغيير حجمها. تُعرف هذه القضبان النانوية أحادية البلورة بقدرتها على امتصاص الضوء وتوصيل الكهرباء، وتُستخدم على نطاق واسع في الخلايا الشمسية، وأجهزة الاستشعار، والمحفزات الضوئية.

يعمل هيكل قضيب نانوي من ثاني أكسيد التيتانيوم مع تباعد قابل للضبط على تعزيز قدرة حبس الضوء وتحسين كفاءة تحويل الطاقة في الخلايا الشمسية.

كانت إحدى المشكلات التقنية السابقة تتمثل في أن تعديل كثافة قضبان النانو غالبًا ما كان يستلزم تغييرات متزامنة في الارتفاع والقطر، مما أثر على أداء الجهاز. وللتغلب على هذه المشكلة، قام الفريق بتمديد مرحلة التحلل المائي أثناء تكوين الغشاء الأولي. أدى تمديد هذه المرحلة إلى تكوين سلاسل هلامية أطول، مما أدى إلى جزيئات أناتاز أصغر. عند معالجة غشاء الأناتاز حراريًا، تحولت هذه الجزيئات في موقعها إلى روتيل، والذي كان بمثابة بذرة نمو قضبان النانو.

بهذه الطريقة، طوّر الفريق أغشية TiO₂ بقطر وارتفاع ثابتين للقضيب النانوي، مع الحفاظ على كثافة التوزيع. عند دمج هذه الأغشية في الخلايا الشمسية CuInS₂ (المعالجة في درجات حرارة منخفضة)، وصلت كفاءة تحويل الطاقة إلى 10.44%.

لشرح آلية العمل، اقترح الباحثون "نموذج الحجم-السطح-الكثافة"، الذي يُحلل العلاقة بين كثافة قضبان النانو والقدرة على امتصاص الضوء، وفصل التيار، واستعادة ناقلات الشحنة. يُظهر هذا النموذج أن تعديل المسافة بين الأعمدة النانوية لا يؤثر فقط على البصريات، بل يُساعد أيضًا على تقليل فقدان الطاقة، وزيادة القدرة على جمع الشحنات، وبالتالي تحسين الأداء العام للجهاز.

بالإضافة إلى تطبيقاتها في الخلايا الشمسية، تفتح هذه التقنية آفاقًا جديدة في مجال الإلكترونيات الضوئية والتحفيز، حيث تلعب البنى النانوية دورًا حاسمًا في الأداء. ومن خلال التحكم في عملية تكوين البنى على المستوى المجهري، تُسهم الطريقة الجديدة مساهمة مهمة في تطوير مواد عالية الأداء دون الحاجة إلى تقنيات تصنيع باهظة الثمن أو معقدة.

لا تقدم هذه الدراسة حلاً لتحسين الخلايا الشمسية فحسب، بل تقدم أيضًا نظامًا كاملاً يربط بين ظروف التصنيع وعملية تكوين البنية الدقيقة وتحسين أداء الجهاز، وهي مساهمة كبيرة في تكنولوجيا الطاقة النظيفة في المستقبل.

المصدر: https://khoahocdoisong.vn/tang-hieu-suat-pin-mat-troi-len-hon-10-nho-cong-nghe-nano-post1555380.html