التقط الباحثون طاقة الفوتون المفقودة اثناء التفاعلات لإنتاج الوقود الشمسي

لقد طور العلماء في المختبر الوطني للطاقة المتجددة التابع لوزارة الطاقة الامريكية (NREL) خلية كهروضوئية كيميائية قادرة على التقاط طاقة الفوتون المفقودة التي تفقد عادة لتوليد الحرارة.
باستخدام نقاط الكم(QD)و عملية تسمى مولدات الاكسيتون المتعددة(MEG)،كان الباحثون في ال(NREL)قادرين على دفع ذروة كفاءة الكم الخارجية لتوليد الهيدروجين الى 114% ،ويمكن لهذا ان يعزز التقدم بشكل كبير في انتاج الهيدروجين من اشعة الشمس باستخدام الخلية لتقسيم الماء بكفاءة اعلى و تكلفة اقل من النهج الكهروضوئية الحالية.
شارك في التجربة العلماء: “ماثيو بيرد” و”يونغ يان” و”ريان كرسب” و”جينغ قو” و”بوريس تشيرنومورديك” و”غريغوري باش” و”أشلي مارشال” و “جون تيرنر” الذين ينتمون للـ NREL و ينتمي “كرسب” ايضا الى كلية كولورادو للمناجم، و “باش” و “مارشال” ينتمون لجامعة كولورادو، بولدر.
نشر “بيرد” و غيره من علماء NREL في عام 2011 ورقة في مجلة العلوم التي اظهرت للمرة الاولى كيف تسمح عملية (MEG)للخلايا الشمسية بتجاوز كفاءة الكم 100% عن طريق انتاج المزيد من الالكترونات في التيار الكهربائي من كمية الفوتونات التي تدخل الخلايا الشمسية.
و الفارق الرئيسي هنا هو اننا استحوذنا على تعزيز (MEG) في الرابطة كيميائية و ليس فقط في التيار الكهربائي، و قد اثبتنا ان نفس العملية التي تنتج تيار اضافي في خلية شمسية يمكن ان تطبق ايضا لإنتاج مادة كيميائية اضافية لردود الفعل او لطاقة مخزنة في الروابط الكيميائية.
إن الحد الاقصى من الكفاءة النظرية للخلية الشمسية محدودة بمقدار طاقة الفوتون التي يمكن تحويلها الى طاقة كهربائية قابلة للإستعمال، مع فقدان طاقة الفوتون التي تزيد عن نطاق امتصاص اشباه الموصلات للحرارة.
عملية MEG تأخذ مزايا طاقة الفوتون الاضافية لتوليد المزيد من الالكترونات وبالتالي اضافة الطاقة الكيميائية او الكهربائية المحتملة، بدلاً من توليد الحرارة.
في التقرير الحالي، يتم التقاط الالكترونات المتعددة او حاملات الشحنة التي يتم انشاؤها من خلال عملية (MEG) و تخزينها ضمن الروابط الكيميائية لجزيء H2.
وضع باحثوا NREL خلية استنادا الى كبريتيد الرصاص(PbS)(QD)فوتوانود، و الفوتوانود ينطوي على طبقة النقاط الكمومية (PbS) المودعة على رأس ثاني أكسيد التيتانيوم /الفلور مخدراً لاكسيد القصدير وعازلة كمومية و اظهر التفاعل الكيميائي الذي تقوده الالكترونات الاضافية اتجاها جديدا في استكشاف نهج وآليات عالية الكفاءة للوقود الشمسي.

ترجمة : Maysam Salih‎‏

تدقيق لغوي : Alfadhel Ahmad

التصميم : Ali Alburky

المصدر : هنا