علماء الفيزياء ينجحون برفع كفاءة الخلايا الشمسية إلى 43%

ابتكر علماء الفيزياء طريقة جديدة لزيادة كفاءة الخلايا الشمسية من خلال التحكم في انبعاث الضوء، حيث يكبح مرنان بصري انبعاث الفوتونات بزوايا واسعة، ما يجعل أداء اللوحة أكثر دقة.

ويذكر أنّ حد كفاءة الخلايا الشمسية، المعروف بحد شوكلي-كويسر، يعتبر الحد النظري الأقصى للخلايا الشمسية أحادية الوصلة (حوالى 33.16 بالمئة). إلا أنّ باحثين من معهد علوم الفوتونيات في برشلونة اكتشفوا استراتيجية بصرية لديها القدرة على رفع هذا الحد إلى ما يقارب 43 بالمئة.

وتكمن المشكلة التي حلوها في آلية فقد تسمى فقد بولتزمان. يدخل ضوء الشمس إلى اللوحة في مخروط ضيق من الزوايا - لأنّ الشمس تشغل مساحة صغيرة من السماء. ومع ذلك، تنبعث الفوتونات المتولدة داخل الخلية في جميع الاتجاهات، ضمن نطاق واسع من الزوايا. هذا التباين بين الحزمة الداخلة الضيقة والحزمة الخارجة الواسعة يقلل الأداء الفعلي للجهاز.

Solphin: Photovoltaic efficiency analysis for bulk materials using Python Philippa U Cox, Peter P Russell, Andrea Crovetto, Alexander G Squires, Louie Slocombe, David O Scanlon https://t.co/8wxeR6Og06 [𝚌𝚘𝚗𝚍-𝚖𝚊𝚝.𝚖𝚝𝚛𝚕-𝚜𝚌𝚒] 💬Code: https://t.co/1tON3TDUMB https://t.co/kmyeiBMUO6

— Materials Science Papers (@MtrlSci) October 8, 2026

واستخدم الفريق خلية شمسية عضوية معكوسة مصنوعة من مزيج من مادتي PM6:Y6. وحولوها إلى مرنان بصري بإضافة قطب كهربائي فضي أمامي وقطب فضي ثانٍ خلفي. ويثبط المرنان انبعاث الفوتونات بزوايا واسعة، مضيقاً مخروط الانبعاث مع السماح لأشعة الشمس بالمرور. وبذلك، يصبح التوزيع الزاوي للضوء المنبعث أقرب إلى التوزيع الزاوي للضوء الساقط.

ويقول كبير الباحثين فرانسيسكو بيرنال تيسكا: "تعتبر نتائج دراستنا تقدماً هاماً في مجال تحويل الطاقة الشمسية، وتفتح آفاقاً جديدة تماماً لتجاوز حد شوكلي-كويسر".

Researchers used a bright squeezed vacuum to drive strong-field ionization and showed that the light’s photon-number fluctuations can be imprinted onto electrons emitted by atoms. The results offer a new way to probe ultrafast electron dynamics. 📄 https://t.co/z1AFRYPXGU https://t.co/fDFTHjkBZf

— Physical Review Letters (@PhysRevLett) October 7, 2026

ووفقاً للباحث، لا تتطلب هذه الطريقة تعقيدات تصنيعية إضافية، على عكس العديد من استراتيجيات تحسين الكفاءة الأخرى. ورغم أنّ التجربة أُجريت على خلية عضوية، إلا أنّ المبدأ قابل للتطبيق على مجموعة متنوعة من تقنيات الخلايا الكهروضوئية.

وبالإضافة إلى ذلك، إذا طبقت هذه الطريقة بنجاح في الأجهزة العملية، فسيصبح التحكم في اتجاه انبعاث الفوتونات وسيلة أخرى لتوليد المزيد من الكهرباء من نفس كمية ضوء الشمس. كما أنّ زيادة الكفاءة قد تقلل من مساحة الأرض والمواد اللازمة لتوليد الطاقة الشمسية، وتخفض تكلفة إنتاج الواط الواحد من الكهرباء.

Solar cells gain efficiency by emitting light in fewer directions by @ICFOnians @TechXplore_com Learn more: https://t.co/eWt8lYV1k5 #Sustainability #CleanEnergy #RenewableEnergy #Innovation https://t.co/vCXIHixgeb

— Techie Arnab ✨️ (@Arnab132) October 11, 2026

اقرأ أيضاً: الطاقة المتجددة: مصادرها وأنواعها ومميزاتها وتحدياتها