ويقول الباحثون إن هذا الاختراق يمكن أن يؤدي إلى إنتاج ألواح شمسية أرق وأخف وزنا وأكثر مرونة يمكن استخدامها لتزويد المزيد من المنازل بالطاقة واستخدامها في مجموعة واسعة من المنتجات.
الدراسة --بقيادة باحثين من جامعة يورك وتم إجراؤه بالشراكة مع جامعة نوفا في لشبونة (CENIMAT-i3N) - بحثوا في كيفية تأثير تصميمات الأسطح المختلفة على امتصاص ضوء الشمس في الخلايا الشمسية، والتي تشكل الألواح الشمسية.
ووجد العلماء أن تصميم رقعة الشطرنج أدى إلى تحسين الحيود، مما عزز احتمالية امتصاص الضوء والذي يستخدم بعد ذلك لتوليد الكهرباء.
يبحث قطاع الطاقة المتجددة باستمرار عن طرق جديدة لتعزيز امتصاص الضوء للخلايا الشمسية في المواد خفيفة الوزن التي يمكن استخدامها في منتجات من بلاط الأسطح إلى أشرعة القوارب ومعدات التخييم.
إن إنتاج السيليكون من الدرجة الشمسية - المستخدم في إنشاء الخلايا الشمسية - يستهلك الكثير من الطاقة، لذا فإن إنشاء خلايا أقل حجماً وتغيير تصميم السطح من شأنه أن يجعلها أرخص وأكثر صداقة للبيئة.
وقال الدكتور كريستيان شوستر من قسم الفيزياء: "لقد وجدنا خدعة بسيطة لتعزيز امتصاص الخلايا الشمسية الرقيقة. وتظهر تحقيقاتنا أن فكرتنا تنافس في الواقع تحسين الامتصاص للتصميمات الأكثر تطوراً - بينما تمتص أيضًا المزيد من الضوء في أعماق الجسم". مستوى وأقل ضوء بالقرب من هيكل السطح نفسه.
"إن قاعدة التصميم الخاصة بنا تلبي جميع الجوانب ذات الصلة باحتجاز الضوء للخلايا الشمسية، مما يمهد الطريق لهياكل حيود بسيطة وعملية ومتميزة، مع تأثير محتمل يتجاوز التطبيقات الضوئية.
"يوفر هذا التصميم إمكانية زيادة دمج الخلايا الشمسية في مواد أرق ومرنة، وبالتالي خلق المزيد من الفرص لاستخدام الطاقة الشمسية في المزيد من المنتجات."
وتشير الدراسة إلى أن مبدأ التصميم يمكن أن يؤثر ليس فقط في قطاع الخلايا الشمسية أو قطاع LED، ولكن أيضًا في تطبيقات مثل دروع الضوضاء الصوتية، وألواح عازلة الرياح، والأسطح المضادة للانزلاق، وتطبيقات الاستشعار الحيوي، والتبريد الذري.
وأضاف الدكتور شوستر:"من حيث المبدأ، سننشر طاقة شمسية أكثر بعشر مرات بنفس الكمية من المواد الممتصة: يمكن للخلايا الشمسية الأرق بعشر مرات أن تمكن من التوسع السريع في الخلايا الكهروضوئية، وزيادة إنتاج الكهرباء الشمسية، وتقليل انبعاثات الكربون بشكل كبير.
"في الواقع، نظرًا لأن تكرير مادة السيليكون الخام هي عملية كثيفة الاستهلاك للطاقة، فإن خلايا السيليكون الأرق بعشر مرات لن تقلل فقط من الحاجة إلى المصافي ولكنها أيضًا أقل تكلفة، وبالتالي تمكين انتقالنا إلى اقتصاد أكثر خضرة."
تظهر البيانات الصادرة عن وزارة الأعمال والطاقة والاستراتيجية الصناعية أن الطاقة المتجددة – بما في ذلك الطاقة الشمسية – شكلت 47٪ من توليد الكهرباء في المملكة المتحدة في الأشهر الثلاثة الأولى من عام 2020.
وقت النشر: 12 أبريل 2023