طريقة جديدة لحصاد الطاقة الشمسية

توصل فريق بحثي من مركز تقنية النانوآ الأسترالي، بقيادة الدكتورة تشين لي أخصائية الهندسة البيئية إلى إمكانية حصدآ الطاقة الشمسيةآ وتجميعها أكثر أضعافاً مضاعفة كميةً وسرعةً من الطرق التقليدية، وذلك عن طريق استخدام المعادلة الفيزيائية المُتمثلة بالحصر الكمي لفجوة الحزمة “الطاقة” وآلية التضييق، ما يؤدي إلى امتصاص الأشعة فوق البنفسجية من الطاقة الشمسية بسهولة في نطاق الضوء المرئي.

وبحسب لي فإن هذه الآلية قد تسمح في تصميم فئة جديدة من المواد المركبة لحصاد الضوء والإلكترونيات الضوئية لفرعآ التكنولوجياآ المعنية مع الاستخدام المشترك للإلكترونيات والضوء، مضيفةً “إن الواقع عملي وملموس من هذا بأن يكون رسم كفاءة عالية للخلايا الشمسية وتنقية المياه باستخدام أشعة الشمس، فكلما وُجدت الشمس وفيرة نحن يمكننا تنقية هذه المواد متناهية الصغر لحصاد الطاقة الشمسية وخلق المياه النظيفة”.

وأوضحت أن هذه الآلية يمكن أن تكون ذات أهمية كبيرة للغاية لحصاد الضوء وما هو أكثر أهمية هو الوصول لوسيلة سهلة لتحقيق ذلك، وجعل مواد الأشعة فوق البنفسجية تُمتص ليُصبح امتصاصها للضوء المرئي عن طريق تضييق الفجوة الفرقة أو فجوة الطاقة.

وبينت أن الضوء المرئي يُشكل 43 في المائة من الطاقة الشمسية مقارنة مع 5٪ فقط المنبعثة من ضوء الأشعة فوق البنفسجية، حيث بذل الفريق جهوداً كبيرة لتحسين القدرة لأكسيد التيتانيوم، لامتصاص الضوء المرئي وتطوير المواد الحساسة للضوء المرئي بشكل عام.

وأضافت إن الطرق المستخدمة لتيتانيا، بما في ذلك منشطات أيون الفلز، ومُنشطات الكربون والنيتروجين ومُنشطات الهدرجة تتطلب عادة ًشروطاً صارمة للحصول على TIO2 وتعديله مثل ارتفاع درجة الحرارة أو الضغط العالي.

الباحثون لاحظوا أنه عندما اختلطت جزيئات TIO2 مع نقاط الجرافين الكمي، والفوليرين تتكون من ذرات الكربون في ورقة من ذرة واحدة سميكة، ويمتص المركب الناتج الضوء المرئي بواسطة آلية حصر كمية الطاقة، حيث تم استيعاب المدى المنظور للطاقة بدون خطورة والتي يمكن ضبطها حسب حجم نقاط الكم الجرافين.

وأضافت الباحثة مُختتمة “إن الفريق أطلق على الظاهرة اسم ” تضييق الفجوة وحصر الكمية”، إذ يُمكن أن تُطبق على كل أشباه الموصّلات عندما تكون مرتبطة النقاط الجرافين الكمي، ويمكنها ضبط مرونة الفجوة.