- تلتقط المجمعات المعدنية المغزلية الإكسيتونات المكررة الناتجة عن انشطار القميص
- حققت تجارب إثبات المفهوم كفاءات كمية تتراوح من أكثر من 110% إلى حوالي 130%.
- يعد تكامل أشباه الموصلات ضروريًا قبل استخدامه في الأجهزة الشمسية العملية
اكتشف باحثون يابانيون طريقة لالتقاط طاقة إضافية من ضوء الشمس باستخدام نظام قائم على المعدن يقلل من فقدان الحرارة أثناء التحويل.
يركز العمل على بنية كيميائية تسمى الباعث المغزلي، المصنوع من الموليبدينوم، والذي يلتقط الطاقة المضاعفة المنتجة في عملية تسمى الانشطار المفرد.
وأجري البحث من قبل جامعة كيوشو في اليابان بالتعاون مع جامعة يوهانس جوتنبرج (JGU) في ماينز بألمانيا. ونشرت النتائج في مجلة ” مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية.
يستمر المقال أدناه
الطاقة “تسرق” بسهولة
تقوم الخلايا الشمسية بالفعل بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، ولكن جزءًا صغيرًا فقط من الطاقة المتاحة هو الصالح للاستخدام، مما يجعل العلماء يبحثون عن طرق لاستخراج المزيد من الطاقة من نفس الضوء الوارد.
أحد السقف المعروف منذ زمن طويل ينجم عن عدم التوافق بين طاقات الفوتون وتفاعلات أشباه الموصلات، مما يعني أن بعض الفوتونات تفشل في إطلاق الإلكترونات بينما تفقد أخرى الطاقة الزائدة على شكل حرارة.
حد الكفاءة هذا، المعروف باسم حد شوكلي-كوايسر، دفع الباحثين إلى استكشاف طرق لإعادة استخدام الطاقة المفقودة بدلاً من السماح لها بالتبدد.
وقال يويتشي ساساكي، الأستاذ المشارك في كلية الهندسة بجامعة كيوشو: “لدينا استراتيجيتان رئيسيتان لكسر هذه الحدود”. “أحدهما هو تحويل فوتونات الأشعة تحت الحمراء ذات الطاقة المنخفضة إلى فوتونات مرئية ذات طاقة أعلى. والثاني الذي نستكشفه هنا هو استخدام SF لتوليد اثنين من الإكسيتون من فوتون إكسيتون واحد.”
يلعب تقسيم المفردة، الذي وصفه العلماء بأنه “تقنية الحلم” لتحويل الضوء، دورًا رئيسيًا في التجربة لأنه يسمح بتقسيم إثارة واحدة عالية الطاقة إلى إثارتين منخفضتي الطاقة، مما يضاعف نظريًا عدد حاملات الطاقة التي يمكن استخدامها.
لقد ثبت أن التقاط هذه الإكسيتونات المكررة يمثل مشكلة أكثر صعوبة، لأن عمليات نقل الطاقة المتنافسة يمكنها تحويل الطاقة قبل أن تصبح قابلة للاستخدام.
عالج الفريق عنق الزجاجة هذا من خلال الجمع بين المواد الانشطارية المفردة مع باعث دوار قائم على الموليبدينوم قريب من الأشعة تحت الحمراء تم ضبطه لامتصاص حالات طاقة ثلاثية محددة.
قال ساساكي: “يمكن “سرقة” الطاقة بسهولة باستخدام آلية تسمى نقل طاقة الرنين فورستر (FRET) قبل حدوث الضرب”. “لذلك، كنا بحاجة إلى متقبل للطاقة يلتقط بشكل انتقائي الإكسيتونات الثلاثية المضاعفة بعد الانشطار.”
أنتجت التجارب التي استخدمت مواد أساسها التتراسين في المحلول عوائد كمية تتراوح ما بين ما يزيد قليلاً عن 110% إلى حوالي 130%، مما يعني أنه تم توليد عدد أكبر من حاملات الطاقة مقارنة بالفوتونات الواردة التي تم امتصاصها في ظروف المختبر.
وتقتصر النتائج على محاليل الاختبار وليس الأجهزة الشمسية الكاملة، أي أن التطبيق العملي لا يزال يعتمد على ترجمة المواد الكيميائية إلى مواد صلبة متوافقة مع لوحات التشغيل.
وسيركز العمل المستقبلي على دمج هذه المواد في أنظمة أشباه الموصلات التي يمكن من خلالها اختبار كفاءة نقل الطاقة في ظروف أقرب إلى تشغيل الخلايا الشمسية الحقيقية.
يشير العلماء إلى تطبيقات محتملة تتجاوز الألواح الشمسية، بما في ذلك تقنيات الإضاءة مثل OLED حيث تلعب إدارة سلوك الإكسيتون دورًا رئيسيًا في الأداء.
بواسطة جامعة كيوشو
اتبع TechRadar على أخبار جوجل و أضفنا كمصدرك المفضل لتلقي أخبار ومراجعات وآراء الخبراء حول قنواتك.
