ملتقى شذرات - نموذج هندسى يزيد فترة حجز الضّوء والاستفادة منه فى الخلية الشمسيّة

تعتبر الطّاقة الشّمسيّة غير محدودة، لكن استغلالها بواسطة الخلايا الحالية المصنوعة من السيليكون شئ مكلّف للغاية ( حوالى أغلى ١٠ مرّات من الفحم وفقاً لبعض التقديرات ). إن خلايا الطاقة الشّمسيّة العضويّة ( مصنوعة من المركبات العضوية ) فى الوقاع قد تكون حلاً جيداً، لكن التّصاميم الحالية بها بعض العيوب وهى أن الخصائص الكهربيّة لهذه المركبات غير جيّدة.

- وقد طوّر الباحثون في جامعة نورث وسترن تصميم جديد للخلايا الشمسية العضوية التي يمكن أن تؤدّي إلى إنتاج طاقة شمسيّة أكثر كفاءة وأقل تكلفة. فبدلاً من محاولات زيادة الكفاءة عن طريق تغيير سمك البوليمر فى الخليّة، سعى العلماء لتصميم نموذج هندسى لطبقة تُسمّى طبقة تناثر فى الخلية لكى تحجز الضوء لفترة أطول فى الخليّة.

- باستخدام خوارزمية رياضيّة تقوم على أساس التّطوّر الطّبيعي، حدّد الباحثون نموذج هندسى مثالى لإلتقاط الضّوء وحجزه في خليّة طاقة شمسيّة عضويّة رفيعة السّمك.

- أظهر التّصميم النّاتج زيادة أكثر ثلاث أضعاف من حد يابلونوفيتش، وهو قيمة حرارية أُنشئت فى عام ١٩٨٠ ويصف فترة حجز فوتون ما فى مادّة شبه موصّلة.

- فى الخليّة ذات التّصميم الجديد، يدخل الضّوء خلال طبقة التّناثر ( وهى طبقة سمكها ١٠٠ نانومتر لتحقّق أقصى قدر من الضّوء الذى يُنقَل الى الخلية ). ثم بعد ذلك ينتقل الضوء الى طبقة تسمّى الطّبقة النّشطة حيث يتم تحويل الضّوء الى كهرباء.

- يقول شينج سون، أستاذ مساعد فى الهندسة الميكانيكيّة فى جامعة نورث ويسترن ومشارك فى البحث، ” كنّا نريد أن نحدّد شكل وسمك طبقة التناثر التى ستنتج أفضل أداء. لكن مع الكثير من الاحتمالات، كان من الصّعب أن نعرف من أين نبدأ، لذا اعتمدنا على قوانين الانتخاب الطّبيعى لتساعدنا!.”.

- يشرح العالم وى شين، أستاذ فى التّصميم الهندسى ومساهم فى البحث، أنّ العلماء قاموا باستخدام خوارزمية وراثية جينيّة، وهى عملية بحث تقلّد عملية الإنتقاء والتّطور الطّبيعى. ويقول، “نظراً للسّلوك الغير خطّى للعمليّة، يجب استخدام نهج ذكى للوصول للحل الأمثل. يعتمد نهجنا على عملية بيولوجيّة تطوّريّة وهى البقاء للأصلح.”

- بدأ الباحثون بعيّنات تصميم عشوائيّة، ثم قاموا بعمل تزاوج وتحليل لاختيار وتحديد الأداء المطلوب. هذه العملية تم تنفيذها على مدى أكثر من ٢٠ جيل (محاولة) وتم استخدام بعض المبادئ البيولوجية كالعبور والطفرات الجينية. وسيتم تصنيع التصميم النّاتج فى مختبر أرجون الوطنى.

———————————————————————-

ترجمة: عمرو باهى - فريق عمل مترجم
- See more at: http://www.moutarjam.com/%d9%85%d9%8....iRdsOdHt.dpuf