پژوهشگران ژاپنی به دستاوردی چشمگیر در حوزه انرژی خورشیدی دست یافتهاند که میتواند تحولی اساسی در ساخت پنلهای خورشیدی ایجاد کند. این فناوری نوین که بر پایه سیستمی فلزی خاص طراحی شده، نویدبخش تولید پنلهایی با خنکی بیشتر، دوام بالاتر و بهرهوری فراتر از محدودیتهای کنونی است. نتایج آزمایشهای اولیه نشان داده که این روش توانسته بازده کوانتومی را تا حدود ۱۳۰ درصد افزایش دهد.
دستاورد محققان دانشگاه کیوشو بر اساس ساختاری شیمیایی به نام «گسیلکننده اسپینفلیپ» بنا شده است. این ساختار از عنصر مولیبدن ساخته میشود و قادر است انرژی بالای حاصل از فرایندی به نام «شکافت واحد» (Singlet Fission) را جذب کند. در این فرایند، یک فوتون پرانرژی به دو تحریک کوچکتر (اکسیتون) تقسیم میشود که تعداد حاملهای انرژی قابل استفاده را دو برابر میکند.
سلولهای خورشیدی رایج امروزی تنها بخشی از انرژی تابشی خورشید را به برق تبدیل میکنند. بخش عمدهای از انرژی به دلیل ناهماهنگی بین انرژی فوتونها و بازده نیمههادیها از دست میرود. این محدودیت نظری که «مرز شاکلی-کویسر» نام دارد، همواره مانعی جدی برای افزایش بازده پنلهای خورشیدی بوده است.
یوئیچی ساساکی، استاد دانشکده مهندسی دانشگاه کیوشو، در این باره توضیح میدهد: «دو رویکرد اصلی برای عبور از این محدودیت وجود دارد. نخست تبدیل فوتونهای فروسرخ به فوتونهای مرئی پرانرژی، و دیگری استفاده از فرایند شکافت واحد برای تولید دو اکسیتون از یک فوتون که رویکرد ما نیز بر همین مبنا قرار دارد.»
اما چالش اصلی پژوهشگران یافتن راهی برای جذب این انرژی چندبرابر شده بود، پیش از آنکه در اثر فرایندهای دیگر از بین برود. تیم ژاپنی با ترکیب مواد شکافت واحد با گسیلکننده اسپینفلیپ مبتنی بر مولیبدن، موفق شدند این انرژی را به صورت انتخابی جذب کنند.
در آزمایشهای انجامشده با مواد پایه تتراسِن در حالت محلول، بازده کوانتومی میان ۱۱۰ تا ۱۳۰ درصد ثبت شده است؛ به این معنا که انرژی خروجی از فوتونهای ورودی فراتر رفته است. البته این نتایج فعلاً در فاز محلول به دست آمده و برای ساخت پنل خورشیدی عملی، باید مواد جامد مناسبی توسعه یابد.
گام بعدی پژوهشگران، آزمایش این ترکیبها در سامانههای حالت جامد است تا کارایی انتقال انرژی در شرایط نزدیک به عملکرد واقعی سلولهای خورشیدی بررسی شود. به گفته محققان، این فناوری افزون بر پنلهای خورشیدی، در زمینههای دیگری همچون نمایشگرها و فناوریهای نوری مانند او.ال.ئیدی نیز قابل کاربرد خواهد بود.
