باحثون في جامعة ستانفورد يبحثون عن بدائل للسيليكون، ويطوّرون مادة فعّالة جديدة للألواح الشّمسيّة تكون أرقّ بخمس عشرة مرة من الورق!!

كيف تمّ ذلك؟! تعرّف معنا:

إنّ السّيليكون هو المادة الأكثر استخداماً في الألواح الشّمسيّة، إلا أنّه ثقيل وصلب، وبالتّالي هو غير مناسب للتطبيقات خفيفة الوزن المطلوبة للطائرات والمركبات الفضائيّة والمركبات الكهربائيّة و حتّى الأجهزة القابلة للارتداء.

المادة البديلة الّتي طوّرها الباحثون هي عبارة عن أحاديات الطّبقة ثنائية الكالكوجين من الفلزات الانتقاليّة TMDs، وهي أشباه موصلات رقيقة ذريّاً

لديها القدرة على امتصاص مستوى أعلى من ضوء الشّمس بالمقارنة مع المواد الشّمسيّة الأخرى، وفي الوقت نفسه توفر حلاً بديلاً خفيف الوزن للألواح الشّمسيّة القائمة على السّيليكون.

 قام الفريقُ بتطوير مصفوفة بسمك بضع مئات من النّانومترات، تشتمل هذه المصفوفة الجديدة على (TMDs) بالإضافة إلى موصلات من الذّهب مغلفة بطبقة من الجرافين الموصّل بسمك ذرة واحدة فقط.

يتمّ بعدها وضع كلّ ذلك داخل بوليمر مرن مضاد للانعكاس يعملُ على تحسين امتصاص الضّوء، وتكون سماكة خلايا TMD نفسها أقلّ من ستة ميكرون.

قالَ Koosha Nassiri Nazif (المؤلفُ الرّئيسي المشارك للدراسة):

“تخيلْ طائرة بدون طيار ذاتيّة القيادة تعملُ بمجموعة شمسيّة، فوق جناحها، أرقّ بـ 15 مرة من قطعة من الورق، وهذا هو وعد TMDs”.

 كافح الباحثون، حتّى الآن، لإطلاق العنان لإمكانات TMDs بشكل كامل، إلّا أنّ العقبات موجودة عندما يتعلق الأمر بتصنيع ونقل مواد خفيفة الوزن بشكل لا يصدق دون إتلافها.

إنّ المشكلة الرّئيسيّة هي أنّ الألواح الشّمسيّة المصنوعة من السّيليكون تحول حالياً ما يقرب من 30 في المائة من ضوء الشّمس إلى كهرباء، في حين أنّ TMDs تحول حوالي 2 في المائة فقط

لذلك سيتعين على الباحثين تحسين كفاءتها بشكل كبير.

تقطع هذه المادة شوطاً نحو سد هذه الفجوة من خلال تحقيق كفاءة تحويل الطّاقة بنسبة 5.1 في المائة، ويعتقد الباحثون أنّ بإمكانهم تحسين موادهم للوصول إلى 27 في المائة من الكفاءة\

مما يعني أنها ستكون قابلة للمقارنة مع أفضل الألواح الشّمسيّة في السّوق اليوم.

كما وصلت مادة النّموذج الأوّلي إلى نسبة طاقة إلى وزن أكبر 100 مرة من أيّ أنظمة TMD تمّ تطويرها حتّى الآن.

 صرّح Krishna Saraswat (كبير مؤلفي الورقة البحثيّة):

“يشكل السّيليكون 95 بالمائة من سوق الطّاقة الشّمسيّة اليوم، لكنه بعيد عن الكمال.. نحن بحاجة إلى مواد جديدة تكون خفيفة الوزن وقابلة للانحناء وأكثر صداقة للبيئة”.

هل الخلايا الجديدة ضارة بالبشر ؟

لا تحتوي TMDs على مواد كيميائيّة سامة وهي أيضاً متوافقة حيويّاً، مما يعني أنه يمكن استخدامها مع الأجهزة القابلة للارتداء الّتي تتلامس مع جلد الإنسان.

 كما ويمكن لمثل هذه المواد خفيفة الوزن أن تعززَ بشكل كبير تطوير السّيارات الكهربائيّة الشّمسيّة (SEVs)، مثل Lightyear One، الّتي تعد بالعمل لعدة أشهر دون توصيلها بشاحن بفضل الألواح الشّمسيّة.

ويمكنها أيضاً شحن عدد من الأشياء، بما في ذلك الأجهزة الصّغيرة القابلة للارتداء والرّوبوتات والطّائرات والمركبات الفضائيّة.

• إعداد: المهندسة أسماء حمود
• تحرير: المهندس بشار الحجي