تقنية محاكاة التمثيل الضوئي الجديدة قد تمكن من طاقة شمسية دائمة على مدار الساعة بدون بطاريات

خلايا شمسية جديدة من البلاستيك تحتفظ بالطاقة لأسابيع

طور كيميائيون من جامعة كاليفورنيا تقنية جديدة مثيلة للتمثيل الضوئي وقادرة على تخزين الطاقة الشمسية لمدة تصل إلى عدة أسابيع دون استخدام البطاريات. هذا التطور يمكن أن يغير الطريقة التي نفكر بها في الخلايا الضوئية وتخزين الطاقة.

قالت سارة تولبرت، أحد كبار الباحثين في المشروع أن التصميم الجديد مستوحى من الطريقة التي تولد بها النباتات الطاقة من خلال عملية التمثيل الضوئي.

استطردت تولبرت قائلة: “علم الأحياء يقوم بعمل جيد جدا لخلق الطاقة من أشعة الشمس. في عملية التمثيل الضوئي، تستخدم النباتات التي تتعرض لضوء الشمس هياكل متناهية الصغر منظمة بعناية داخل خلاياها لسرعة فصل الشحنات – سحب الإلكترونات بعيدا عن الجزيئ موجب الشحنة الذي تُرك خلفها، والحفاظ على الشحنات الموجبة والسالبة مفصولة. هذا الفصل هو الأساس الذي يجعل هذه العملية فعالة جدا “.

لالتقاط الطاقة من أشعة الشمس يتم استخدام الخلايا الشمسية التقليدية المصنوعة من السليكون والتي توضع على الأسطح وهي مادة غالية الثمن إلى حد ما، ولكن يوجد الآن توجه قوي لجعل الخلايا الشمسية أقل تكلفة وذلك باستخدام البلاستيك بدلا من السيليكون، ولكن الخلايا الشمسية البلاستيكية التي صنعت حتى يومنا هذا غير فعالة نسبيا، ويرجع السبب في ذلك إلى حد كبير لأن الشحنات الكهربائية الموجبة والسالبة المفصولة في كثير من الأحيان تعود لتتحد سريعا قبل أن تصبح طاقة كهربائية.

تقول تولبارت: “الخلايا الشمسية البلاستيكية الحديثة ليس لها هياكل محددة مثل النباتات لأننا لم نعرف كيف نصنعها”. وأضافت: “لكن هذا النظام الجديد يسحب الشحنات بعيدا عن بعضهم البعض ويبقيهم منفصلين لأيام أو حتى لأشهر. بمجرد أن نصنع الهيكل المناسب يمكننا إجراء تحسينات كبيرة على خاصية الإحتفاظ بالطاقة.”

المكونين اللذين يجعلا نظام UCLA المطور يعمل هما 1-مانح البوليمر و2-مستقبل الفوليرين ذو النطاق متناهي الصغر. يمتص مانح البوليمر أشعة الشمس ويمرر الإلكترونات إلى مستقبل الفوليرين، وهذه العملية تولد الطاقة الكهربائية.

عادة في الماضي كانت تنظم المواد البلاستيكية المسماة بالخلايا الكهروضوئية العضوية مثل لوحة من المعكرونة المطبوخة – كتلة غير منظمة من بوليمر (السباجيتي) طويل ورفيع مع فوليرين عشوائي “قطع اللحم”. ولكن هذا الترتيب يجعل من الصعب الحصول على تيار من الخلية لأن الإلكترونات تعود في بعض الأحيان إلى البوليمر (السباجيتي) وتضيع.

تكنولوجيا UCLA  تنظم العناصر بشكل أفضل مثل حزم صغيرة من السباجتي غير المطبوخ مع قطع من اللحم موضوعة بشكل محدد. بعض الفوليرين (قطع اللحم) صممت لتبقى داخل حزم السباجتي ولكن البعض الآخر مكره على البقاء في الخارج.

الفوليرين داخل هذا الهيكل يأخذ الإلكترونات من البوليمر ويرميها إلى الفوليرين الخارجي مما يبقي الإلكترونات بعيدا عن البوليمر بفاعلية لأسابيع.

http://www.scienceagogo.com/news/20150521194319.shtml