این دستاورد می‌تواند به ساخت پنل‌های خورشیدی سبک‌تر، انعطاف‌پذیرتر و قدرتمندتر کمک کند و مسیر توسعه فناوری‌های انرژی پاک را هموارتر سازد.

گروه پژوهشی دانشگاه «سیتی» هنگ‌کنگ، کشف کرد که ذرات بسیار ریز انرژی موسوم به «اکسیتون‌های سه‌تایی اسپینی» نباید همیشه به شکل گرما از بین بروند، بلکه می‌توان آنها را بازیافت و دوباره به برق تبدیل کرد.

پژوهشگران با استفاده از این روش موفق شدند، سلول خورشیدی آلی بسازند که بازده تبدیل انرژی آن به ۲۰.۵ درصد رسید. سلول‌های خورشیدی آلی که با نام «فتوولتائیک‌های آلی» (OPVs) نیز شناخته می‌شوند، با پنل‌های خورشیدی سیلیکونی سنتی تفاوت دارند. این سلول‌ها از مواد مبتنی بر کربن ساخته می‌شوند و به دلیل وزن کم، انعطاف‌پذیری و امکان تولید ارزان‌تر، ظرفیت بالایی برای استفاده در فناوری‌های آینده دارند.

از آنجا که این سلول‌ها را می‌توان روی سطوح نازک چاپ کرد، امکان استفاده از آنها در تجهیزات الکترونیکی پوشیدنی، پنجره‌ها، ساختمان‌های منحنی و مکان‌هایی وجود دارد که نصب پنل‌های معمولی در آنها دشوار است.

یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های سلول‌های خورشیدی آلی، اتلاف انرژی است. هنگامی که نور خورشید به این مواد برخورد می‌کند، بسته‌های کوچکی از انرژی به نام «اکسیتون» ایجاد می‌شود. اکسیتون‌ها معمولا به بارهای مثبت و منفی تبدیل می‌شوند و جریان برق تولید می‌کنند.

برخی از آنها به «اکسیتون‌های سه‌تایی اسپینی» با انرژی پایین تبدیل می‌شوند، حالتی که دانشمندان برای سال‌ها تصور می‌کردند پایان مسیر آنهاست و انرژی‌شان به شکل گرما از دست می‌رود؛ بیش از یک دهه، این نوع اکسیتون‌ها به‌عنوان انرژی تلف‌شده در نظر گرفته می‌شدند.

اما این گروه پژوهشی به سرپرستی الکس جن کوان‌یوه نشان داد که این تصور همیشه درست نیست. آنان ماده‌ای جدید به نام «اف‌تی‌اچ-۴اف» (FTh-۴F) را بررسی کردند و دریافتند بارهای الکتریکی در این ماده، بیشتر از طول عمر اکسیتون‌های سه‌تایی می‌مانند. این یافته نشان داد که اکسیتون‌های سه‌تایی ممکن است دوباره تجزیه شوند و به جای تبدیل شدن به گرما، به بارهای الکتریکی آزاد تبدیل شوند.

پژوهشگران برای آزمایش این فرضیه، تعداد بیشتری از این اکسیتون‌ها را ایجاد و روند تبدیل آنها را بررسی کردند. نتایج نشان داد این ذرات واقعا می‌توانند دوباره به حامل‌های بار مفید تبدیل شوند و برای تولید برق مورد استفاده قرار گیرند.

پژوهشگران با تغییر دقیق ساختار مولکولی ماده، این فرایند بازیافت انرژی را آسان‌تر کردند. سپس ماده «اف‌تی‌اچ-۴اف» را به‌عنوان جزء سوم به سلول خورشیدی آلی افزودند. این کار باعث شد اکسیتون‌های سه‌تایی که معمولا هدر می‌رفتند، دوباره مورد استفاده قرار گیرند و بازده سلول به ۲۰.۵ درصد افزایش یابد.

محققان اعلام کردند که در آزمایشگاه، این فناوری را بیش از این نیز بهبود بخشیدند و نمونه‌های جدید سلول‌های خورشیدی آلی توانسته‌اند به بازدهی بالاتر از ۲۱ درصد برسند. هرچند این نتایج هنوز به محصولات تجاری تبدیل نشده‌اند، اما نتایج نشان می‌دهد که این فناوری با سرعت زیادی در حال پیشرفت است.

این کشف ادامه تحقیقات پیشین همین گروه است. آنان در سال ۲۰۲۲، روشی برای کاهش تشکیل اکسیتون‌های سه‌تایی در سلول‌های خورشیدی آلی ارائه کرده بودند که به دستیابی به بازدهی بیش از ۱۹ درصد کمک کرد. نتایج پژوهش جدید نیز نشان می‌دهد به جای جلوگیری از شکل‌گیری این ذرات، می‌توان آنها را بازیافت و از انرژی نهفته این ذرات استفاده کرد.

طبق گزارش ساینس، پژوهشگران معتقدند این یافته، درک دانشمندان از جریان انرژی در سلول‌های خورشیدی آلی را تغییر می‌دهد و می‌تواند به ساخت فناوری‌های خورشیدی کارآمدتر و توسعه منابع انرژی پاک و پایدار در آینده کمک کند.

انتهای پیام