Baada ya miaka sita ya maendeleo, kampuni ya Uholanzi ya teknolojia ya EV inayotumia nishati ya jua, inayoitwa 'the 0,' iko tayari kufanya kazi yake ya kwanza. Gari hili la ubunifu linajivunia uwezo wa kwenda miezi kadhaa bila kuhitaji kuchaji tena, na kuweka kiwango kipya cha ufanisi katika usafirishaji wa umeme. 

Watafiti kutoka Chuo Kikuu cha Lehigh wameunda nyenzo mpya ya quantum ambayo inaweza kuleta mapinduzi makubwa kwa ufanisi wa paneli za jua. Nyenzo hii ya kibunifu, inayochanganya shaba, germanium selenide (GeSe), na salfidi ya bati (SnS), imeonyesha ufanisi wa nje wa quantum (EQE) wa hadi 190%. Nambari hii inavuka mipaka ya ufanisi wa kawaida, ikipendekeza mafanikio ambayo yanaweza kubadilisha uvunaji wa nishati ya jua.

Kuelewa Mafanikio ya Ufanisi

Seli za jua hubadilisha mwanga wa jua kuwa umeme, na ufanisi wao hupimwa na EQE, ambayo kawaida hutoka kwa 100%. Ufanisi huu wa 100% unamaanisha kila fotoni ya mwanga hutoa elektroni moja ya umeme. Hata hivyo, nyenzo mpya iliyotengenezwa huko Lehigh hutumia utaratibu unaojulikana kama kizazi cha kusisimua zaidi (MEG), ambapo fotoni zenye nishati nyingi zinaweza kutoa zaidi ya elektroni moja, hivyo basi kusukuma ufanisi zaidi ya kizuizi cha 100%.

Kinachotenganisha nyenzo hii ni matumizi yake ya "majimbo ya bendi za kati" - viwango maalum vya nishati ndani ya nyenzo ambayo huongeza uwezo wake wa kubadilisha nishati ya jua. Viwango hivi vya nishati viko katika hali nzuri ya kutumia fotoni ambazo seli za kawaida za jua zinaweza kupoteza. Nyenzo huingia katika anuwai pana ya wigo wa jua kwa kunyonya mwanga wa ziada katika wigo wa infrared na unaoonekana, na hivyo kuongeza uzalishaji wa umeme.

Sayansi Nyuma ya Ubunifu

 
Mchoro wa seli ya jua yenye filamu nyembamba na CuxGeSe/SnS kama safu inayotumika. Credit: Ekuma Lab / Lehigh University

Utendaji wa kuvutia wa nyenzo unatokana na upotoshaji sahihi wa muundo katika kiwango cha molekuli. Kwa kuingiza atomi za shaba kwenye tabaka za GeSe na SnS, watafiti wameunda muundo uliofungwa sana, wa pande mbili ambao huwezesha mwingiliano wa kipekee wa fotoni na nyenzo. Mwingiliano huu hutokea ndani ya mapengo ya van der Waals—nafasi ndogo kati ya tabaka za nyenzo ambapo atomi za shaba hukaa.

Kupitia uigaji wa kina wa kompyuta na mbinu za majaribio, timu imeboresha mbinu inayoruhusu uwekaji kamili wa atomi za shaba, na kupunguza athari zisizohitajika kama vile kuunganisha, ambayo inaweza kuathiri utendakazi wa nyenzo.

Kuangalia Mbele: Changamoto na Fursa

Uundaji wa nyenzo mpya ya quantum yenye ufanisi wa hadi 190% na watafiti katika Chuo Kikuu cha Lehigh inaweza kuendeleza kwa kiasi kikubwa usafiri unaotumia nishati ya jua, ikiwa ni pamoja na magari, malori, na mabasi.

Nyenzo hii ya mafanikio, yenye uwezo wa kunasa wigo mpana wa mwanga wa jua kwa ufanisi, inashughulikia vikwazo vya sasa vya magari yanayotumia nishati ya jua kwa kutoa nishati ya kutosha kwa usafiri mzito na wa masafa marefu bila kutegemea nishati ya mafuta.

Kuunganisha seli hizi za jua zenye ufanisi wa hali ya juu katika miundo ya magari kunatoa uwezekano wa kupunguza utoaji wa kaboni kwa kiasi kikubwa, hasa katika magari ya matumizi makubwa kama vile mabasi na malori, ambapo gharama za mafuta na athari za kimazingira ni masuala muhimu.

Seli hizi za hali ya juu za jua zinapoendelezwa zaidi kwa matumizi ya vitendo, zinaweza kubadilisha mienendo ya kiuchumi na mazingira ulimwenguni. Kupunguza gharama za uendeshaji wa gari na utoaji wa kaboni kunaweza kusababisha uokoaji mkubwa wa kifedha na kuboresha afya ya umma kupitia hewa safi.

Zaidi ya hayo, kuelekea magari yanayotumia nishati ya jua kungepunguza utegemezi wa kimataifa kwa mafuta, kuimarisha uthabiti wa kijiografia na kisiasa, na kukuza uundaji wa nafasi za kazi katika sekta za nishati mbadala. Mabadiliko haya yanawakilisha hatua muhimu kuelekea uchukuzi endelevu wa kimataifa, kuendana na malengo mapana ya mazingira na kutengeneza njia kwa maisha safi na endelevu zaidi.

Ingawa matokeo yanatia matumaini, njia iko mbele kabla ya kufanya biashara ya nyenzo hii. Kuunganisha nyenzo hii mpya ya quantum katika mifumo iliyopo ya nishati ya jua inahitaji utafiti na maendeleo zaidi. Ingawa ni ya juu, mchakato wa uzalishaji unahitaji kuongezwa kwa matumizi ya vitendo katika tasnia ya nishati ya jua.

Faida zinazowezekana za teknolojia hii ni kubwa sana. Kwa kuongeza kwa kiasi kikubwa ufanisi wa seli za jua, tunaweza kupiga hatua kuelekea ufumbuzi endelevu zaidi wa nishati, kupunguza utegemezi wetu kwa nishati ya mafuta na kupunguza athari za mazingira za uzalishaji wa nishati.

Kazi ya Profesa Chinedu Ekuma na timu yake katika Chuo Kikuu cha Lehigh inawakilisha hatua kubwa mbele katika uwanja wa photovoltaiki. Maendeleo yao yanapinga mipaka iliyopo na kufungua njia mpya kwa mustakabali wa nishati mbadala. Teknolojia hii inavyoendelea, inaweza kusababisha mifumo ya nishati ya jua yenye bei nafuu na yenye ufanisi zaidi, na kufanya nishati ya jua kufikiwa zaidi ulimwenguni kote na kusaidia kudumisha mahitaji ya nishati ya kimataifa.

Kuhusu Mwandishi

Robert Jennings ni mchapishaji mwenza wa InnerSelf.com na mkewe Marie T Russell. Alihudhuria Chuo Kikuu cha Florida, Taasisi ya Ufundi ya Kusini, na Chuo Kikuu cha Central Florida na masomo ya mali isiyohamishika, maendeleo ya mijini, fedha, uhandisi wa usanifu, na elimu ya msingi. Alikuwa mwanachama wa Kikosi cha Wanamaji cha Merika na Jeshi la Merika akiwa ameamuru betri ya kombora huko Ujerumani. Alifanya kazi katika ufadhili wa mali isiyohamishika, ujenzi na maendeleo kwa miaka 25 kabla ya kuanza InnerSelf.com mnamo 1996.

InnerSelf imejitolea kushiriki habari ambayo inaruhusu watu kufanya uchaguzi wenye elimu na utambuzi katika maisha yao ya kibinafsi, kwa manufaa ya commons, na kwa ajili ya ustawi wa sayari. InnerSelf Magazine iko katika miaka 30+ ya kuchapishwa kwa kuchapishwa (1984-1995) au mtandaoni kama InnerSelf.com. Tafadhali tunga mkono kazi yetu.

 Creative Commons 4.0

Makala hii inaruhusiwa chini ya Leseni ya 4.0 ya Creative Commons Attribution. Thibitisha mwandishi Robert Jennings, InnerSelf.com. Unganisha tena kwenye makala Makala hii awali alionekana kwenye InnerSelf.com