“مرآة ذهبية نانوية” تعزز أداء الألواح الشمسية بتكلفة منخفضة

وتعد الخلايا الشمسية فائقة الرقة خيارا واعدا نظرا لخفتها وسهولة تصنيعها وتكاليف إنتاجها المنخفضة. لكن مع ترقيق الطبقة الماصة للضوء، تقل قدرتها على امتصاص أشعة الشمس وتحويلها إلى كهرباء، إذ يتسرب جزء من الضوء من الجهة الخلفية للخلية، ما يضعف كفاءتها.

وللتغلب على هذا التحدي، ابتكر فريق INL بالتعاون مع جامعة أوبسالا السويدية، “مرآة نانوية” جديدة تُوضع في الجهة الخلفية من الخلية الشمسية.

وتتكوّن هذه المرآة من طبقة فائقة الرقة من الذهب مغطاة بأكسيد الألومنيوم، وتعمل على احتجاز الضوء داخل الخلية عبر عكسه مجددا نحو الطبقة الماصة، ما يعزز امتصاص الطاقة ويزيد كفاءة التحويل الكهربائي.

ولا يقتصر دور أكسيد الألومنيوم على عكس الضوء فحسب، بل يساهم أيضا في تقليل الفاقد الكهربائي عبر ما يعرف بتقنية “تخميد الواجهة”، التي تمنع اتحاد الإلكترونات المفقودة وتقلل من ضياع الطاقة.

وبينما يعد تصنيع الهياكل النانوية عادة عملية معقدة ومكلفة، استخدم الباحثون تقنية “طباعة البصمة النانوية” في خطوة واحدة، تتيح طبع الأنماط الدقيقة مباشرة على السطح، ما يجعل العملية أسرع وأكثر كفاءة وقابلة للتطبيق الصناعي.

واختبر الفريق هذا الابتكار على خلايا شمسية فائقة الرقة من نوع ACIGS (Ag,Cu)(In,Ga)Se₂، وهي خلايا من الأغشية الرقيقة معروفة بكفاءتها العالية.

وأظهرت النتائج زيادة في كفاءة الخلايا بنحو 1.5% نتيجة لتحسين امتصاص الضوء. كما وجد الباحثون أن أفضل أداء تحقق عند درجة حرارة تصنيع 450 درجة مئوية، وهي حرارة تمنع انتشار ذرات الذهب وتحافظ على أداء الخلية.

ويؤكد فريق INL أن هذا التصميم يعالج تحديين أساسيين يواجهان الخلايا الشمسية فائقة الرقة: إدارة الضوء لاحتجاز أكبر عدد من الفوتونات، وتخميد الواجهة لتقليل خسائر الطاقة.

ويقول الباحث أندريه فيولاس، المعد الرئيسي للدراسة: “تمنحنا هذه البنية وسيلة فعّالة لإدارة الضوء وتقليل خسائر الطاقة في الأجهزة فائقة الرقة، مع الحفاظ على بساطة التصنيع”.

نشرت نتائج الدراسة في مجلة Solar RRL.

المصدر: interesting engineering