الخلايا الكهروضوئية الخالية من الشمس

تعد الخلايا الكهروضوئية الخالية من الشمس تقنية فلطائية ضوئية لا تتطلب أشعة الشمس لإنتاج الكهرباء. تم تطوير هذه التقنية من قبل فريق بحث في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الخلايا الضوئية تحويل الضوء للكهرباء بشكل أكثر كفاءة في أطوال موجية محددة. تم تصميم السطح المتميز في الخلايا الشمسية الخالية من الشمس بحيث يحول الطاقة الحرارية إلى أطوال موجية محددة. هذا يزيد من كفاءة النظم الحالية (thermophotovoltaic (TPV)).

مبدأ العمل
يتم حفر سطح هذه المادة بمليارات من الحفر النانوية ، بحيث يصدر موجة في أطوال موجية محددة ويقمع الأطوال الموجية الأخرى غير المطلوبة. عندما يتعرض السطح للطاقة الحرارية ، فإنه يشع طاقة الضوء عند الأطوال الموجية المطلوبة. وتحرر الذرات الإلكترونات الحرة عند تطبيق الإشعاع ، وبالتالي توليد الكهرباء.

تطوير
الجهاز الذي يستخدم النظائر المشعة قادر على إنتاج الكهرباء لمدة تصل إلى 30 سنة دون انقطاع باستخدام عملية تسمى الاضمحلال الإشعاعي. تم تطوير جهاز آخر مماثل من قبل الباحثين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، والذي يستخدم البوتان كمصدر للوقود. وله حجم زر ويقدر أن يعمل ثلاث مرات أطول من بطارية الليثيوم أيون ذات الحجم المماثل ، ولديه ميزة إعادة الشحن فور إعادة التزود بالوقود. إن الخلايا الكهروضوئية الحرارية ، وهي تقنية طورت في الستينات ، قادرة على تحويل الطاقة الحرارية إلى كهرباء. كان من المعروف سابقا أن أشعة الشمس ليست ضرورية بشكل مطلق للخلايا الضوئية لتعمل. لا يتم استخدام الأشعة تحت الحمراء بكفاءة في المواد الضوئية التي تتميز بفجوة منخفضة ، على الرغم من أن الأداء أفضل نسبيا من الخلايا السليكونية الضوئية. أحد الأمثلة على الخلايا الكهروضوئية التي تستخدم الحرارة هو الصمام الثنائي الفولتية الضوئية الذي ينتج الكهرباء من الحرارة المنبعثة من باعث حراري يعمل بالوقود الهيدروكربوني.

في الخلايا الكهروضوئية الخالية من الشمس ، يتم ضبط المنبع الحراري الموصوف أعلاه بدقة لإصدار أطوال موجية محددة يمكن أن يستخدمها الصمام الثنائي الضوئي ، بينما يقوم في نفس الوقت بإيقاف الأطوال الموجية التي لا يمكن استخدامها بواسطة الصمام الثنائي. ويتحقق ذلك عن طريق حفر ملامح النانوية مثل التلال والثقوب على بلورة فوتونية بحيث يمكن تعديل الضوء الذي يمر عبر البلورة.

عملية
تستخدم بلاطة من التنغستن كمصدر حراري مع مليارات الحفر النانوية على السطح ، مع كل حفرة تتصرف مثل مرنان. عند التسخين ، يتم تشبيع أطوال موجية محددة بواسطة البلاطة لأنها تولد طيف انبعاث متغير.

تطبيقات
يمكن تطبيق الخلايا الكهروضوئية الخالية من الشمس في الأجهزة الإلكترونية مثل الهواتف الذكية. إن قيمته الحالية للكثافة الحالية لديها القدرة على مضاعفة ثلاث مرات في السنوات القادمة ، عندما تتمكن من تشغيل الهاتف الذكي لأكثر من 20 يومًا دون الحاجة إلى إعادة الشحن بينهما. كما يمكن استخدامها للاستفادة من الحرارة المهدرة من الأجهزة الكهربائية مثل أجهزة التلفزيون والأجهزة الإلكترونية مثل الهواتف المحمولة.