يطور العلماء في جامعة جنوب الأورال الحكومية أصباغ جديدة للخلايا الشمسية. الأصباغ المحسنة للهيكل سيسمح بالحصول على طاقة بنسبة 10٪ أكثر مما هو ممكن حاليًا.
في هذا الموضوع ، نشر الفريق العلمي مقالة علمية في مجلة الطاقة الشمسية ، مفهرسة بواسطة سكوبس و شبكة العلوم. سوف تتمكن الألواح الشمسية التي تم إنشاؤها بمساعدة أصباغ جديدة من استبدال النظائر الموجودة ، نظرًا لأن كفاءتها ستصل إلى 20٪.
«تعتبر الخلايا الشمسية القائمة على الأصباغ العضوية أرخص بكثير ، لكنها ليست فعالة مثل الخلايا الشمسية غير العضوية. ونحن نسعى جاهدين لتحسينها ، لأنها واعدة للغاية من حيث التكلفة وانخفاض السمية البيئية. بمعنى آخر ، لا تضر البيئة أثناء التشغيل. المكونات التي نطورها ستزيد بشكل كبير من كفاءة تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية ، إن الحصول على خلايا شمسية عالية الكفاءة أمر ممكن عند إنشاء هياكل جديدة من الأصباغ العضوية»,- . تقول ماريا جريشينا دكتورة العلوم الكيميائية، كبيرة الباحثين في مختبر نمذجة الكمبيوتر للأدوية بجامعة جنوب الأورال الحكومية.
أصباغ ملتصقة على سطح جزيئات أكسيد التيتانيوم
يتم تطبيق صبغة الخلية الشمسية على سطح أكسيد التيتانيوم ، الذي يغطي الكهروضوئية. تمتص الضوء ، ويتم نقل الإلكترونات التي تنشأ أثناء امتصاص الطاقة الشمسية إلى الدائرة الكهربائية. قام العلماء بتعديل بنية الأصباغ العضوية من أجل تحقيق تحويل الطاقة الأكثر كفاءة. يسمح هيكل الصبغة الجديد بالتقاط أشعة الشمس بحجم أكبر.
«إذا كانت الجزيئات موجودة على مسافة في المنحل الكهربائي ، فعندئذ تكون عملية نقل الإلكترون أكثر صعوبة ، وستكون فترة خدمة هذه البطاريات قصيرة. لقد قمنا بتطوير هياكل صبغ تلتصق بالقطب الكهروضوئي بأكبر قدر ممكن من الكفاءة ، وبسبب هذا الاتصال الوثيق ، سيتم ضمان نقل الإلكترون الأكثر كفاءة إلى الهدف الكهربائي, لقد توقعنا تركيب الجزيئات التي ستمتلك هذه الخصائص»، تلاحظ ماريا جريشينا.
استخدم فريق البحث «اللبنات الأساسية» للأصباغ الموجودة ، والتي كانت متنوعة ومتبادلة باستخدام طرق حسابية خاصة. بمعنى آخر ، تم استخدام الخواص الإيجابية لكل كتلة ، ونتيجة لذلك ، تم إنشاء هيكل سيكون أكثر فاعلية.
تمثيل تخطيطي لإجراءات التقاطع المستخدمة في خوارزمية مصممة لنمذجة جزيئات واعدة جديدة
يتيح البرنامج الذي طوره العلماء التنبؤ بخصائص وأداء البطاريات لكل هيكل. بمساعدتها ، يتم تقييم جميع تفاصيل التفاعلات بين الصبغة والجسيمات النانوية التي تلصق القطب الكهروضوئي. يتم إجراء الدراسة بالتعاون مع معهد زيلينسكي للكيمياء العضوية والأكاديمية الروسية للعلوم ، ويتم نقل المواد التي تم الحصول عليها إلى شركاء لتركيب أصباغ جديدة وتصنيع بطاريات جديدة على أساسهم.
حاليا ، يواصل فريق البحث بجامعة جنوب الأورال الحكومية دراسة خصائص الجسيمات النانوية أكسيد التيتانيوم. بالإضافة إلى الخصائص الكهروضوئية التي تضمن أقصى كفاءة للخلايا الشمسية ، تتم دراسة امتزاز المواد العضوية المختلفة على سطح أكسيد التيتانيوم. تظهر البيانات التي تم الحصول عليها أن الجسيمات النانوية ذات الأحجام المختلفة يمكن أن يكون لها خصائص مختلفة. هذا يسمح للعلماء بافتراض أن هذه الجسيمات النانوية قد يكون لها نشاط بيولوجي مختلف ، وأنه من الممكن إنشاء أدوية جديدة تعتمد على أكسيد التيتانيوم.