تحصد عدسة بصرية جديدة وتركز الضوء المتناثر من اتجاهات متعددة دون أي مكونات متحركة ، مما يرفع الآمال في أنها يمكن أن تساعد في جعل الخلايا الشمسية المستقبلية أكثر كفاءة. صمم بواسطة نينا فيديا و أولاف سولجارد في جامعة ستانفورد بالولايات المتحدة ، تعتمد العدسة فقط على مؤشرات الانكسار المتزايدة للطبقات الزجاجية المتتالية لإعادة توجيه الضوء. يشير نجاح النموذج الأولي إلى أنه يمكن استخدامه كسطح مبلط على الألواح الشمسية.
لتحسين كفاءة الخلايا الشمسية ، يعمل العديد من الباحثين على تقنيات لتركيز ضوء الشمس الوارد على مناطق أصغر. يمكن القيام بذلك باستخدام مجموعة واسعة من الإعدادات الضوئية المتقدمة - ولكن لتحقيق الكفاءة المثلى ، يجب أن تتحرك هذه الأجهزة لمواجهة الشمس في جميع الأوقات ، الأمر الذي يتطلب أنظمة تتبع مكلفة ومعقدة.
كبديل ، صمم Vaidya و Solgaard عدسة تجمع ضوء الشمس المتناثر بشكل سلبي ، على نطاق واسع من زوايا الحوادث ، وتركزها على بقعة واحدة. يُطلق على الجهاز اسم عدسة الفهرس المتدرج محوريًا (AGILE) من قبل مصمميه ، ويتخذ الجهاز شكل هرم مربع مقلوب مع قطع قمته. يتكون من ثماني طبقات زجاجية ، مع مؤشرات انكسار تزداد تدريجياً نحو الأسفل.
بفضل هذا الترتيب ، عندما يدخل شعاع من الضوء إلى المربع الأكبر في الجزء العلوي من AGILE ، فإن مساره ينحني لأسفل أثناء تقدمه عبر الهرم. بغض النظر عن زاوية سقوط الشعاع في الأعلى ، فإنه سيكون بالتالي عموديًا تقريبًا بمجرد وصوله إلى المربع الأصغر في الأسفل. قام Vaidya و Solgaard أيضًا بتغطية الجوانب المنحدرة لهرمهم بمرآة ، بحيث ينعكس الضوء الذي قد يفلت من العدسة في الداخل.
ابحث عن المواد المناسبة
لبناء نسخة أولية من AGILE ، أجرى Vaidya و Solgaard بحثًا مكثفًا عن المواد الزجاجية الممكنة. ستحتاج هذه النظارات إلى تلبية مجموعة صارمة من المتطلبات ، بما في ذلك القدرة على إرسال نطاق واسع من الأطوال الموجية من الطيف الشمسي ، والذي يمتد من 300 إلى 1200 نانومتر تقريبًا. ستحتاج المواد أيضًا إلى عرض معدلات متشابهة من التمدد الحراري ، بينما لا تزال تشمل نطاقًا واسعًا من مؤشرات الانكسار.
بمجرد تحديد الثنائي لمجموعة من النظارات الضوئية التي تفي بهذه الشروط ، قاموا بتصنيع نموذج أولي عن طريق ربط الطبقات معًا في حزمة رأسية ، قبل نحت الشكل الهرمي للعدسة وتغطيتها بألمنيوم عاكس.
خلايا كيريجامي الشمسية تتبع الشمس
في تجاربهم الأولية ، والتي وصفوها في النظم الدقيقة والهندسة النانوية, أظهر الباحثون أن AGILE ينقل أكثر من 90٪ من الضوء المتناثر الوارد ، ويتركز في بقعة تبلغ ثلث حجم السطح المربع العلوي. بناءً على هذه النتيجة ، يقترحون أن الألواح الشمسية يمكن تغليفها بمصفوفات من بلاط AGILE ، والذي لن يسمح فقط للألواح بالتقاط ضوء الشمس بشكل سلبي طوال اليوم ، ولكن أيضًا يسمح لهم بحصاد الضوء المنتشر المنتشر بواسطة الغلاف الجوي للأرض.
أفاد الثنائي أن الخطوة التالية ستكون إظهار كيف يمكن تصنيع AGILE على نطاقات كبيرة ، من خلال تقنيات تشمل الطلاء بالرش ، والقولبة ، والطباعة ثلاثية الأبعاد.
