ليس سراً أن الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون المشهورة لها حدود في مدى كفاءتها في تحويل الضوء إلى كهرباء. وذلك لأن كل فوتون يطرد إلكترونًا واحدًا فقط، على الرغم من أن طاقة الجسيم الضوئي يمكن أن تكون كافية لطرد إلكترونين. وفي دراسة جديدة، أظهر علماء معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أنه يمكن التغلب على هذا القيد الأساسي، مما يمهد الطريق لخلايا السيليكون الشمسية بكفاءة أعلى بكثير.
إن قدرة الفوتون على التخلص من إلكترونين كانت مبررة نظريًا منذ حوالي 50 عامًا. لكن التجارب الناجحة الأولى أُعيد إنتاجها قبل 6 سنوات فقط. ومن ثم تم استخدام خلية شمسية مصنوعة من مواد عضوية كتجربة. سيكون من المغري الانتقال إلى السيليكون الأكثر كفاءة ووفرة، وهو الأمر الذي تمكن العلماء من تحقيقه الآن فقط من خلال قدر هائل من العمل.
خلال آخر نجح في إنشاء خلية شمسية من السيليكون، تم رفع حد كفاءتها النظرية من 29,1% إلى 35%، وهذا ليس الحد الأقصى. لسوء الحظ، لتحقيق ذلك، كان لا بد من تصنيع الخلية الشمسية من ثلاث مواد مختلفة، لذلك في هذه الحالة من المستحيل التعامل مع السيليكون المتجانس. عند تجميعها، تكون الخلية الشمسية عبارة عن شطيرة مصنوعة من مادة عضوية. على شكل فيلم سطحي، وهو أنحف فيلم (عدة ذرات) من أوكسينيتريد الهافنيوم وفي الواقع رقاقة سيليكون.
تمتص طبقة التتراسين الفوتون عالي الطاقة وتحول طاقته إلى إثارتين طائشتين في الطبقة. هذه هي ما يسمى بأشباه الجسيمات . تُعرف عملية الانفصال باسم انشطار إكسيتون المفرد. بشكل تقريبي، تتصرف الإكسيتونات مثل الإلكترونات، ويمكن استخدام هذه الإثارات لتوليد تيار كهربائي. والسؤال هو كيفية نقل هذه الإثارات إلى السيليكون وما بعده؟
أصبحت طبقة رقيقة من أوكسينيتريد الهافنيوم بمثابة جسر بين طبقة التيتراسين السطحية والسيليكون. تعمل العمليات في هذه الطبقة والتأثيرات السطحية على السيليكون على تحويل الإكسيتونات إلى إلكترونات، ثم يسير كل شيء كالمعتاد. وتمكنت التجربة من إظهار أن ذلك يزيد من كفاءة الخلية الشمسية في الطيفين الأزرق والأخضر. ووفقا للعلماء، فإن هذا ليس الحد الأقصى لزيادة كفاءة خلية السيليكون الشمسية. ولكن حتى التكنولوجيا المقدمة سوف يستغرق سنوات ليتم تسويقها تجاريا.
المصدر: 3dnews.ru