البلاستيك يدخل الالكترونيات: من أجل خلايا شمسية مرنة في المستقبل
عندما تنظر إلى لوح خلية شمسية، سوف تظهر لك بلون أزرق قاتم أو سوداء، جسيئة (قاسية) ومسطحة.
تخيل الآن ذلك اللوح بأنه شبه شفاف، رقيق جداً، وقابل للانحناء. أصبح العلماء على مقربة من أن تصبح الصورة الأخيرة حقيقية. وقد قاموا بنشر بحث علمي ضمن أحد مجلات الجمعية الكيميائية الأمريكية ACS، وهي Applied Materials and Interfaces، وقد شرحوا فيه التطور الحاصل للخلايا الشمسية المرنة التي يمكن تشكيلها من البلاستيك. يمكن لهذه الأداة أن تساهم في تقوية الأمواج القادمة من الالكترونيات المرنة.
يتم تصنيع الخلايا الشمسية التي نراها على أسطح المنازل أو ضمن محطات توليد الطاقة الكبيرة، من مواد ثقيلة وذات صلابة عالية، عادةً ما يكون أساسها بلورات أحادية من السيليكون القاسية. لكن مشكلة هذه المواد أنه لا يمكنها أن تساهم في تشكيل الالكترونيات المرنة.
- التوجه للخلايا الشمسية العضوية:
تم التوجه في السنوات الأخيرة لتشكيل خلايا شمسية عضوية، بسبب سهولة تصنيعها، خفة وزنها، والمرونة الميكانيكية العالية التي تملكها. عادةً ما يتم تشكيل الخلايا الشمسية العضوية على سطح ركازة من زجاج عليها طبقة مادة نصف ناقلة من أوكسيد الانديوم والقصدير (تسمى ITO glass)، مرسب عليها معادن تعمل عمل الأقطاب. مشكلة ITO glass أنه قاس، وذو تكلفة عالية مما يحد من تطبيقه لتشكيل خلايا شمسية مرنة.
لذلك يقوم يينهوا زو Yinhua Zhou وزملائه بتشكيل مواد بلاستيكية مرنة وخفيفة الوزن، من أجل التحقق من إمكانيتهم التوصل إلى أفضل طريقة لتلبية الحاجة لمصادر الطاقات المتجددة في المستقبل.
استخدم الفريق البحثي البوليمير Poly(3,4-ethylenedioxythiophene): Poly(styreneulfonate) – PEDOT:PSS وهو مزيج بوليميري، من ميزاته سهولة تشكيل طبقة رقيقة منه، الإمرارية العالية، وإمكانية تغيير الناقلية، حيث يستخدم كثيراَ هذا البوليمير في التطبيقات التقنية مثل النواقل، الالكترونيات الضوئية، وتشير الدراسات لامكانية استبدال ITO glass بهذا البوليمير.
قام العلماء بتشكيل خلية شمسية عن طريق تشكيل فيلم من بوليمير ناقل على سطح بلاستيكي، تمت تجربة نوعين من البلاستيك: (Polyether sulfone (PES) و (Polyethylene terephthalate (PET، ومن ثم معالجتهما باستخدام الحموض، أدى استخدام حمض الكبريت لتخريب المواد البلاستيكية، بينما أدى استخدام حمض الفوسفور لتعزيز شدة التيار الكهربائي الذي يمر ضمنه. أبعاد هذه المواد صغيرة حيث تبلغ 10 ميلي متر مربع، ويمكنها أن تبلغ كمون 0.84 فولت (البطارية الاعتيادية تبلغ 1.5 فولت)، وبمردود ضوئي بلغ 3.3% تحت التشعيع الضوئي باستطاعة 100mW/cm2 حيث كانت ناقلية البوليمير قبل المعالجة بحمض الفوسفور 1Sm/cm وبعد المعالجة 1460Sm/cm وهي من أكبر قيم الناقلية التي تم الحصول عليها مقارنة بعائلة البوليميرات الناقلة.
###
ملاحظات:
1. واحدة الناقلية الكهربائية للمواد النصف ناقلة هي Siemens/cm وهي مقلوب المقاومة النوعية للمادة، عادةً ما تقاس بطريقة المسابر الأربعة Four Probe Method، أو بطريقة المسابر النقطية الأربعة Four Point Probe Method، بدلالة درجة الحرارة.
2. البوليميرات الناقلة: بوليميرات تملك جملة الكترونات مترافقة π على طول سلسلتها، يتم إضافة مواد مشوبة Dopants إليها، حيث تبلغ ناقليتها بعد التشويب، ناقلية أنصاف النواقل اللاعضوية التقليدية. (المادة المشوبة في المقالة هي حمض الفوسفور). من البوليميرات الناقلة: بولي آسيتيلين (Poly(acetylene) (PAc بولي آنيلين (Poly(aniline) (PANi، بولي بيرول (Poly(pyrrole، بولي تيوفين (Poly(thiophene) (PT، بولي بارا-فينيلين (Poly(p—phenylene vinylene) (PPV. من ميزات هذه البوليميرات سهولة اصطناعها، تغيير الناقلية بحسب المادة المشوبة وتركيزها، سهولة تشكيل طبقات رقيقة منها على السطوح، من مشاكلها صعوبة التشكيل كونها جسيئة، وانخفاض ناقليها بشكل أسي مع الزمن.
3. سيليكون الخلايا الشمسية: عبارة عن بلورة أحادية من السيليكون، لها بنية بلورية مكعبة مشابهة للألماس، وتملك خواص نصف ناقلة، يتم كثيراً البحث عن بدائل لها كون مردودها منخفض والذي يبلغ في أفضل حالاته 25% (تحويل الطاقة الضوئية الواردة على السطح إلى تيار كهربائي)، بسبب حدوث تغير في اندفاع الالكترون أثناء انتقاله بين السويات الالكترونية.
