تطبيقات العالم الحقيقي لفيزياء المناقِط السامية في تصميم الخلية الشمسية

وتؤدي فيزياء الشبهات دورا حيويا في تطوير الخلايا الشمسية وكفاءتها، إذ إن فهم خصائص شبه الموصلات يتيح للمهندسين أن يتحولوا إلى الكهرباء على الوجه الأمثل، وتستكشف هذه المادة التطبيقات الرئيسية للفيزياء شبه الموصلية في تصميم الخلايا الشمسية.

التأثير الفولطائي

والمبدأ الأساسي وراء الخلايا الشمسية هو التأثير الفولطائي الضوئي، حيث تبث الطاقة الخفيفة الإلكترونية في مواد شبه موصلية، مما يخلق تيارا كهربائيا، ويمتص السيليكون، وهو منفذ شبه مستعمل على نطاق واسع، ضوء الشمس ويولد أزواجا للثقوب الكهربائية تفصلها حقل كهربائي داخلي، تنتج الكهرباء الصالحة للاستخدام.

الهندسة المادية

وتحسن أوجه التقدم في المواد شبه الموصلية أداء الخلايا الشمسية، كما أن تعاطي السيليكون مع شرور مثل الفوسفوري أو البورون يغير خصائصه الكهربائية، ويزيد من الكفاءة، كما يقوم الباحثون بتطوير أجهزة نصف موصلات رقيقة مثل مقياس التلويث (Cdmium telluride) وساديد الغاليوم النحاسي (CIGS) لللوحات الشمسية المرنة والخفيفة.

Bandgap Optimization

يحدد فصيلة من شبه الموصل أيّ محركات من ضوء الشمس يمكن أن تستوعبها، يقوم المهندسون بتصميم الضمادة لتعظيم استيعاب الطاقة، وتربط الخلايا الشمسية المتعددة الزوايا بطبقات مكوّنة من مختلف قطع النطاقات لاستخلاص طيف أوسع من ضوء الشمس، مما يزيد من الكفاءة بدرجة كبيرة.

التكنولوجيات الناشئة

وتشمل التطبيقات الناشئة خلايا شمسية من طراز perovskite، تستخدم هيكلاً فريداً من نوعه من شبه الموصلات ذات امتصاص الضوء العالي وضمادات منقوعة، وتعود هذه المواد بانخفاض تكاليف التصنيع وزيادة الكفاءة، وتركز البحوث الجارية على تحسين الاستقرار والارتقاء للاستخدام التجاري.