طلاء مضاد للانعكاس نانومركب عريض النطاق يعتمد على جزيئات مسحوق الألمنيوم الجافة المغروسة في مصفوفة ضوئية البوليمر للتطبيقات الخلوية الشمسية

جعل ضوء الشمس يعمل بجهد أكبر

تفقد الألواح الشمسية كمية مدهشة من ضوء الشمس الثمين قبل أن يمكن تحويله إلى كهرباء، لمجرد أن الضوء ينعكس عن أسطحها. تُبلغ هذه الدراسة عن طلاء شفاف منخفض التكلفة وسهل التطبيق يقلل تلك الانعكاسات عبر معظم الطيف المرئي. من خلال نثر جزيئات ألمنيوم صغيرة جداً داخل مادة لاصقة شفافة ورشها فوق الزجاج أو خلية شمسية رقيقة الفيلم، يظهر المؤلفون أنهم يستطيعون إدخال مزيد من الضوء واستخلاص طاقة إضافية من تقنية الطاقة الشمسية الحالية.

طبقة بسيطة مع رذاذ معدني دقيق

جوهر العمل هو طبقة واحدة رقيقة جداً تتصرف كـ «جلد مضاد للانعكاس». تتألف الطبقة من خليط لاصق بصري تجاري وجسيمات ألمنيوم نانوية يبلغ قطرها حوالي 110 نانومتر — أي أضعاف أرفع بحوالي ألف مرة من شعرة الإنسان. يشكل المعدن نحو 1 بالمئة فقط من الخليط بالوزن. هذه الكمية المتواضعة كافية لتغيير كيفية مرور الضوء عبر السطح. وبما أن اللاصق والجسيمات النانوية هما منتجات متاحة تجارياً، فإن النهج يتجنب التخليق الكيميائي المعقد ويتماشى جيداً مع الصناعات الحساسة للتكلفة مثل الطاقة الشمسية.

من المسحوق إلى طلاء شفاف

تحويل مرطبان من مسحوق الألمنيوم الجاف إلى فيلم موحد شفاف يتطلب تجهيزاً دقيقاً. يخلط الباحثون أولاً الجسيمات في الميثانول لتخفيف اللاصق والمساعدة في تفريق تكتلات الجسيمات. يسخنون المزيج ويقلبونه ثم يخضعونه للتنظيف بالموجات فوق الصوتية—باستخدام موجات صوتية عالية التردد—لتفكيك العناقيد الكبيرة. أخيراً، يصفّون أي تكتلات عنيدة قبل دمج الجسيمات الموزعة جيداً في اللاصق. ثم يودع السائل الناتج باستخدام طريقة «شفرة المعالج» (doctor-blade)، حيث يمسح قضيب زجاجي الخليط عبر شريحة زجاجية أو خلية شمسية بسرعة وتباعد مضبوطين، مكوناً طبقة بسماكة تقارب 50 ميكرومتراً تعالج بضوء فوق بنفسجي لتتصلب.

وهج أقل، ضوء أكثر

لمعرفة مدى فعالية هذا الجلد الجديد، يسلط الفريق طيفاً واسعاً من الضوء المرئي على زجاج صودا لايم المغلف وبدونه، وهو النوع المستخدم عادة لحماية الخلايا الشمسية. تظهر القياسات أن الزجاج المغطى يعكس حوالي نصف كمية الضوء مقارنة بالزجاج العاري في المتوسط عبر 400 إلى 750 نانومتر — انخفاض من نحو 8 بالمئة انعكاس إلى حوالي 4 بالمئة. في الوقت نفسه، ينقل الزجاج حوالي 5 بالمئة ضوءاً أكثر، ليصل إلى نحو 94.5 بالمئة نفاذية، قرب حد اللاصق الشفاف نفسه. يحقق الطلاء هذا التحسن العريض النطاق دون استخدام طبقات متعددة أو تشكيلات نانوية دقيقة، وهما استراتيجيتان شائعتان وأكثر تكلفة في البصريات المتقدمة.

تعزيز الخلايا الشمسية الحقيقية

يختبر الباحثون نهجهم أيضاً على خلايا شمسية رقيقة الفيلم فعلية مصنوعة من نتريد الإنديوم على السيليكون، وهو تصميم لديه سطح محزز بالفعل لتقليل الوهج. في هذه الحالة، يودعون ببساطة جزيئات الألمنيوم من محلول على سطح الخلية، من دون المصفوفة البوليمرية، لتجنب إزعاج بنية الجهاز. حتى مع هذا المعالجة الأبسط، ينخفض متوسط انعكاس السطح بنحو 24 بالمئة، خاصة عند الأطوال الموجية الأقصر حيث تكون هذه الخلايا أكثر فعالية. تحت ظروف ضوء الشمس القياسية، تظهر الأجهزة المغطاة تياراً أعلى وزيادة متواضعة في الكفاءة الإجمالية — من 1.78 إلى 1.94 بالمئة — ما يمثل تحسناً نسبياً في تحويل الطاقة بنحو 9 بالمئة.

خطوات عملية نحو طاقة شمسية أرخص

بالنسبة لغير المتخصصين، تتمثل الرسالة الأساسية في أن طبقة طلاء واحدة وغير مكلفة يمكن أن تحسن بشكل ملحوظ كمية ضوء الشمس التي تلتقطها الألواح الشمسية، باستخدام مواد قياسية وأدوات بسيطة. يمكن تطبيق الفيلم النانومركب على ألواح زجاجية واقية أو مباشرة على خلايا شمسية رقيقة الفيلم ولا يتطلب غرف تفريغ أو مرافق غرف نظيفة. بينما لا تزال هناك حاجة لمزيد من العمل لدراسة المتانة على المدى الطويل وضبط تأثيرات التشتت بدقة، يشير هذا النهج إلى أسطح مضادة للانعكاس عملية وقابلة للتوسع تساعد تقنيات الطاقة الشمسية على توليد كهرباء أكثر من نفس ضوء الشمس وبكلفة أقل.

الاستشهاد: Sánchez, P.A., Valdueza-Felip, S., Sun, M. et al. Wideband nanocomposite antireflective coating based on aluminium dry powder nanoparticles embedded into a photopolymer matrix for solar cells application. Sci Rep 16, 5209 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35384-x

الكلمات المفتاحية: الخلايا الشمسية, طلاء مضاد للانعكاس, الجسيمات النانوية, الخلايا الكهروضوئية الرقيقة, كفاءة الطاقة الشمسية