تاريخ النشر: 12.10.2026 | 09:35 GMT
اكتشف علماء الفيزياء طريقة لزيادة كفاءة الخلايا الشمسية من خلال التحكم في انبعاث الضوء، حيث يكبح مرنان بصري انبعاث الفوتونات بزوايا واسعة، ما يجعل أداء اللوحة أكثر دقة.
ويذكر أن حد كفاءة الخلايا الشمسية، المعروف بحد شوكلي-كويسر، يعتبر الحد النظري الأقصى للخلايا الشمسية أحادية الوصلة (حوالي 33.16بالمئة). إلا أن باحثين من معهد علوم الفوتونيات في برشلونة اكتشفوا استراتيجية بصرية لديها القدرة على رفع هذا الحد إلى ما يقارب 43بالمئة.
وتكمن المشكلة التي حلوها في آلية فقد تسمى فقد بولتزمان. يدخل ضوء الشمس إلى اللوحة في مخروط ضيق من الزوايا - لأن الشمس تشغل مساحة صغيرة من السماء. ومع ذلك، تنبعث الفوتونات المتولدة داخل الخلية في جميع الاتجاهات، ضمن نطاق واسع من الزوايا. هذا التباين بين الحزمة الداخلة الضيقة والحزمة الخارجة الواسعة يقلل الأداء الفعلي للجهاز.
واستخدم الفريق خلية شمسية عضوية معكوسة مصنوعة من مزيج من مادتي PM6:Y6. وحولوها إلى مرنان بصري بإضافة قطب كهربائي فضي أمامي وقطب فضي ثان خلفي. ويثبط المرنان انبعاث الفوتونات بزوايا واسعة، مضيقا مخروط الانبعاث مع السماح لأشعة الشمس بالمرور. وبذلك، يصبح التوزيع الزاوي للضوء المنبعث أقرب إلى التوزيع الزاوي للضوء الساقط.
ويقول كبير الباحثين فرانسيسكو بيرنال تيسكا: "تعتبر نتائج دراستنا تقدما هاما في مجال تحويل الطاقة الشمسية، وتفتح آفاقا جديدة تماما لتجاوز حد شوكلي-كويسر".
ووفقا له، لا تتطلب هذه الطريقة تعقيدات تصنيعية إضافية، على عكس العديد من استراتيجيات تحسين الكفاءة الأخرى. ورغم أن التجربة أُجريت على خلية عضوية، إلا أن المبدأ قابل للتطبيق على مجموعة متنوعة من تقنيات الخلايا الكهروضوئية.
وبالإضافة إلى ذلك، إذا طبقت هذه الطريقة بنجاح في الأجهزة العملية، فسيصبح التحكم في اتجاه انبعاث الفوتونات وسيلة أخرى لتوليد المزيد من الكهرباء من نفس كمية ضوء الشمس. كما أن زيادة الكفاءة قد تقلل من مساحة الأرض والمواد اللازمة لتوليد الطاقة الشمسية، وتخفض تكلفة إنتاج الواط الواحد من الكهرباء.
المصدر: science.mail.ru
