فئات: مقالات مميزة » أخبار مثيرة للاهتمام الكهربائية
مرات المشاهدة: 9161
تعليقات على المقال: 1
خلايا شمسية متعددة الطبقات رفيعة جدًا تعتمد على مواد متناهية الصغر
يولي العلماء في جميع أنحاء العالم اهتمامًا كبيرًا لتحسين أنظمة تحويل الطاقة الشمسية. في محاولة لزيادة كفاءتها وتقليل تكلفة الإنتاج المباشر للألواح الشمسية قدر الإمكان ، قرر العلماء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن يسلكوا طريق تقليل سمك الخلايا الشمسية.
يمكن أن يتفوق النوع الجديد من الألواح على أي من هذه الحلول ، وفيما يتعلق بإنتاج الكهرباء لكل كيلوغرام من المواد المستخدمة ، سيكون أدنى من اليورانيوم فقط. يمكن صنع هذه الألواح من أوراق مطوية في طبقات عديدة. الجرافين أو ثاني كبريتيد الموليبدينوم ، الذي سمكه هو جزيء واحد فقط (أكوام من صفائح monomolecular). يجادل العلماء بأن هذا النهج سيصبح في نهاية المطاف أفضل نهج ممكن لتطوير الطاقة الشمسية.
يقول جيفري غروسمان ، أستاذ مساعد في الطاقة بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، إنه على الرغم من الكثير من الاهتمام من العلماء الذين يبحثون في مواد ثنائية الأبعاد مثل الجرافين ، فإن إمكانات هذه المواد لاستخدامها في أنظمة تحويل الطاقة الشمسية قد تم تجاهلها بالكامل في السنوات الأخيرة. اتضح أن هذه المواد ليست جيدة فحسب ، ولكنها جيدة جدًا في التعامل مع المهمة المسندة إليهم.
على المدى الطويل ، ستمنح طبقتان سميكتان ذرة واحدة ، كما تم تقديمها لفريق Grossman ، كفاءة قدرها 1-2٪ ، مما يحول طاقة ضوء الشمس إلى كهرباء. يبدو صغيرا مقارنة بالكفاءة 15-20 ٪ عناصر السيليكون التقليديةومع ذلك ، من المهم أن نتذكر أن النتيجة قد تحققت باستخدام مواد أرق آلاف المرات من ورق المناديل.
البطارية ذات طبقتين بسمك 1 نانومتر أرق بمئات الآلاف من المرات من السيليكون العادي ، وبالتالي ، فمن خلال وضع هذه الألواح الرفيعة في العديد من الطبقات ، يمكنك زيادة وتجاوز الكفاءة المعتادة للخلايا الشمسية. هذا سيخلق منافسة كبيرة على التكنولوجيا الراسخة ، وفقا للمؤلفين المشاركين في جروسمان.
عندما يكون الوزن حرجًا ، كما هو الحال في المركبات الفضائية ، والطيران ، وفي مناطق العالم النامي حيث تكون تكاليف النقل كبيرة ، فإن هذه العناصر الخفيفة لديها بالفعل إمكانات كبيرة.
مقارنة بالوزن ، ستنتج الألواح الشمسية الجديدة طاقة أكثر من 1000 مرة من البطاريات التقليدية. وفي الوقت نفسه ، لا يزال أنحف التكنولوجيا التقليدية التي تنتج حتى الآن الخلايا الشمسية تتجاوز الخلايا الجديدة بنسبة 50 مرة في الوزن.
هذا ليس فقط سهولة النقل ، ولكن أيضًا سهولة تركيب الألواح ، لأن نصف تكلفة الألواح الشمسية الحالية هي تكلفة الهيكل الداعم ونظام الاتصال والتحكم. يمكن تخفيض هذه التكاليف إلى حد كبير باستخدام تصاميم أخف وزنا.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن المادة نفسها أرخص بكثير من السيليكون الخاص بالنقاء المطلوب ، والذي يتم استخدامه في الخلايا الشمسية القياسية ، لأن الألواح رقيقة جدًا لدرجة أنها تتطلب كمية صغيرة جدًا من مواد البدء.
هذا مثال مثير للإعجاب على كيف يمكن أن تكون المواد ذات البنية النانوية أساسًا لتصميم أحدث أجهزة الطاقة. من المتوقع أيضًا أن تكون القوة والمرونة الميكانيكية لهذه الطبقات الرفيعة عالية. يقول المطورون إن هذا مجرد بداية لجيل جديد من مواد الطاقة الشمسية.
من ناحية ، فإن ثاني كبريتيد الموليبدينوم وديليبوليد الموليبدينوم المستخدم في هذا المشروع ليسا سوى اثنين من المواد ثنائية الأبعاد الكثيرة التي يمكن استخدامها هنا ، ناهيك عن مجموعاتهما المختلفة للاستخدام معًا.
يعتقد الباحثون أنه يجب دراسة العديد من المواد ، كما تم بالفعل تهيئة ظروف التفكير. يمكن للعلماء الآن أن ينظروا إلى هذه المواد بطريقة جديدة تمامًا.
وعلى الرغم من عدم وجود طرق صناعية حاليًا لإنتاج ثاني كبريتيد الموليبدينوم وخلل الموليبدينوم ، إلا أن هذا مجال من الأبحاث النشطة. تعتبر التصنيع مشكلة أساسية ، لكن هذه المشكلة قابلة للحل.
ميزة إضافية لهذه المواد هي ثباتها على المدى الطويل حتى في الهواء الطلق ، بينما تتطلب المواد الشمسية الأخرى طلاءًا واقيًا بطبقات زجاجية ثقيلة ، وهو أيضًا مكلف. في الواقع ، هناك مقاومة للتعرض لكل من الأشعة فوق البنفسجية والرطوبة ، وهذا يجعل الحل الجديد موثوقًا للغاية.
تضمن العمل الأولي فقط نمذجة مواد الكمبيوتر ، ولكن الآن مجموعة من العلماء يبذلون محاولات لتصنيع الأجهزة بأنفسهم. بالطبع ، هذه ليست سوى قمة جبل الجليد ، من وجهة نظر استخدام مواد ثنائية الأبعاد لإنتاج "طاقة نظيفة" ، كما يقول العلماء.
انظر أيضا في electro-ar.tomathouse.com
: