پس از شش سال توسعه، خودروی برقی خورشیدی این استارت‌آپ فن‌آوری هلندی با نام «0» آماده عرضه اولیه است. این وسیله نقلیه نوآورانه توانایی ماه‌ها بدون نیاز به شارژ را دارد و استاندارد جدیدی را برای کارایی حمل‌ونقل الکتریکی ایجاد می‌کند. 

محققان دانشگاه لیهای یک ماده کوانتومی جدید ساخته اند که می تواند به طور قابل توجهی کارایی پنل های خورشیدی را متحول کند. این ماده نوآورانه با ترکیب مس، سلنید ژرمانیوم (GeSe) و سولفید قلع (SnS)، بازده کوانتومی خارجی (EQE) را تا 190 درصد نشان داده است. این عدد از محدودیت‌های راندمان معمولی فراتر می‌رود، که نشان‌دهنده پیشرفتی است که می‌تواند برداشت انرژی خورشیدی را متحول کند.

درک پیشرفت کارایی

سلول‌های خورشیدی نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند و کارایی آن‌ها توسط EQE اندازه‌گیری می‌شود که به طور سنتی حداکثر 100 درصد است. این بازده 100 درصد به این معنی است که هر فوتون نور یک الکترون الکتریسیته تولید می کند. با این حال، ماده جدید توسعه‌یافته در Lehigh از مکانیزمی به نام تولید اکسایتون چندگانه (MEG) استفاده می‌کند، که در آن فوتون‌های پرانرژی می‌توانند بیش از یک الکترون تولید کنند، در نتیجه کارایی را به فراتر از سد ۱۰۰ درصد می‌رسانند.

چیزی که این ماده را متمایز می کند استفاده از "حالت های باند متوسط" است - سطوح انرژی خاص در مواد که توانایی آن را برای تبدیل انرژی خورشیدی افزایش می دهد. این سطوح انرژی برای بهره‌برداری از فوتون‌هایی که سلول‌های خورشیدی معمولی هدر می‌دهند، ایده‌آل هستند. این ماده با جذب نور اضافی در طیف های مادون قرمز و مرئی به طیف وسیع تری از طیف خورشیدی نفوذ می کند و در نتیجه تولید برق را افزایش می دهد.

علم پشت نوآوری

 lxeksgl8
شماتیک سلول خورشیدی لایه نازک با CuxGeSe/SnS به عنوان لایه فعال. اعتبار: آزمایشگاه Ekuma / دانشگاه لیهای

گرافیک اشتراک درونی

عملکرد چشمگیر این ماده ریشه در دستکاری ساختاری دقیق در سطح مولکولی دارد. با قرار دادن اتم‌های مس در لایه‌های GeSe و SnS، محققان ساختاری دوبعدی ایجاد کرده‌اند که برهم‌کنش‌های فوتون منحصربه‌فردی را با مواد ممکن می‌سازد. این فعل و انفعالات در شکاف‌های واندروالس رخ می‌دهد - فضاهای کوچک بین لایه‌های ماده که اتم‌های مس در آن قرار دارند.

از طریق شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای گسترده و روش‌های تجربی، این تیم تکنیکی را به کار گرفته‌اند که امکان قرارگیری دقیق اتم‌های مس را فراهم می‌کند و اثرات ناخواسته مانند خوشه‌بندی را که می‌تواند عملکرد ماده را به خطر بیندازد، به حداقل می‌رساند.

نگاه به آینده: چالش ها و فرصت ها

توسعه یک ماده کوانتومی جدید با بازده کوانتومی 190 درصد توسط محققان دانشگاه لیهای می‌تواند حمل‌ونقل با انرژی خورشیدی، از جمله اتومبیل‌ها، کامیون‌ها و اتوبوس‌ها را به طور قابل توجهی ارتقا دهد.

این ماده موفق، که قادر است طیف وسیعی از نور خورشید را به طور موثر جذب کند، با تامین انرژی کافی برای سفرهای سنگین‌تر و مسافت‌های طولانی بدون اتکا به سوخت‌های فسیلی، محدودیت‌های فعلی وسایل نقلیه با انرژی خورشیدی را برطرف می‌کند.

ادغام این سلول‌های خورشیدی با راندمان بالا در طرح‌های خودرو، امکان کاهش چشمگیر انتشار کربن را فراهم می‌کند، به‌ویژه در وسایل نقلیه پرمصرف مانند اتوبوس‌ها و کامیون‌ها، جایی که هزینه سوخت و اثرات زیست‌محیطی نگرانی‌های مهمی هستند.

همانطور که این سلول های خورشیدی پیشرفته برای استفاده عملی بیشتر توسعه می یابند، می توانند پویایی اقتصادی و زیست محیطی را در سطح جهانی متحول کنند. کاهش هزینه های خودروهای عملیاتی و انتشار کربن می تواند منجر به صرفه جویی مالی قابل توجه و بهبود سلامت عمومی از طریق هوای پاک تر شود.

علاوه بر این، حرکت به سمت وسایل نقلیه با انرژی خورشیدی، وابستگی جهانی به نفت را کاهش می‌دهد، ثبات ژئوپلیتیکی را افزایش می‌دهد و ایجاد شغل در بخش‌های انرژی‌های تجدیدپذیر را ارتقا می‌دهد. این تغییر نشان دهنده گامی مهم به سوی حمل و نقل جهانی پایدار است که با اهداف زیست محیطی گسترده تر همسو می شود و راه را برای آینده ای پاک تر و پایدارتر هموار می کند.

در حالی که نتایج امیدوارکننده است، مسیری پیش از تجاری سازی این ماده در پیش است. ادغام این ماده کوانتومی جدید در سیستم های انرژی خورشیدی موجود نیاز به تحقیق و توسعه بیشتری دارد. اگرچه فرآیند تولید پیشرفته است، اما برای کاربرد عملی در صنعت انرژی خورشیدی باید مقیاس‌بندی شود.

مزایای بالقوه این فناوری بسیار زیاد است. با افزایش قابل توجه کارایی سلول های خورشیدی، می توانیم به سمت راه حل های انرژی پایدارتر، کاهش اتکای خود به سوخت های فسیلی و کاهش اثرات زیست محیطی تولید انرژی گام برداریم.

کار پروفسور Chinedu Ekuma و تیمش در دانشگاه Lehigh نشان دهنده یک جهش به جلو در زمینه فتوولتائیک است. توسعه آنها محدودیت های موجود را به چالش می کشد و راه های جدیدی را برای آینده انرژی های تجدیدپذیر باز می کند. با پیشرفت این فناوری، می‌تواند به سیستم‌های انرژی خورشیدی مقرون‌به‌صرفه‌تر و کارآمدتر منجر شود، انرژی خورشیدی را در سرتاسر جهان در دسترس‌تر کند و به حفظ نیازهای جهانی انرژی کمک کند.

درباره نویسنده

جنینگزرابرت جنینگز به همراه همسرش ماری تی راسل، ناشر InnerSelf.com است. او در دانشگاه فلوریدا، موسسه فنی جنوبی و دانشگاه فلوریدا مرکزی با تحصیل در زمینه املاک، توسعه شهری، امور مالی، مهندسی معماری و آموزش ابتدایی تحصیل کرد. او یکی از اعضای سپاه تفنگداران دریایی ایالات متحده و ارتش ایالات متحده بود که فرماندهی یک توپخانه میدانی در آلمان را بر عهده داشت. او قبل از راه اندازی InnerSelf.com در سال 25، 1996 سال در امور مالی، ساخت و ساز و توسعه املاک و مستغلات کار کرد.

InnerSelf به اشتراک گذاری اطلاعاتی اختصاص داده شده است که به افراد امکان می دهد در زندگی شخصی خود، برای منافع مشترک و برای رفاه سیاره، انتخاب های تحصیل کرده و روشنگری داشته باشند. مجله InnerSelf در 30+ سال انتشار خود به صورت چاپی (1984-1995) یا به صورت آنلاین به نام InnerSelf.com است. لطفا از کار ما حمایت کنید.

 Creative Commons 4.0

این مقاله تحت مجوز Creative Commons Attribution-Share Alike مجوز 4.0 مجاز است. مشخص کننده نویسنده رابرت جینگز، InnerSelf.com. پیوند به مقاله این مقاله در ابتدا در ظاهر InnerSelf.com