دراسة: الخلايا الشمسية العضوية تساعد النباتات في البيوت الزجاجية على النمو بشكل أفضل

طور باحثون في مدرسة Samueli للهندسة بجامعة كاليفورنيا ، لوس أنجلوس (UCLA) خلايا شمسية باستخدام مكونات عضوية ونشرها في البيوت البلاستيكية لإثبات حالة الاستخدام في الخلايا الزراعية.

مع بحث الدول حول العالم عن طرق للابتعاد عن الوقود الأحفوري ، تعد الطاقة الشمسية أحد مصادر الطاقة المتجددة التي يتطلع الجميع للاستفادة منها. ومع ذلك ، فإن نشر المزارع الشمسية الكبيرة يتنافس مع الحاجة إلى إطعام عدد سكان العالم المتزايد. هذا هو المكان الذي يأتي فيه مجال الخلايا الزراعية .

تسمح هذه الطريقة بالاستخدام المزدوج للأرض المتاحة وتسمح بتوليد الطاقة القائمة على الطاقة الشمسية جنبًا إلى جنب مع الزراعة. لا يزال هذا المجال في مهده ، وهناك حاجة إلى مزيد من الابتكارات لجعله سائدًا. يمكن أن تكون الخلايا الشمسية العضوية أحد هذه الابتكارات.

صنع الخلايا الشمسية من مكونات عضوية

تقليديا ، تتكون الخلايا الشمسية من مواد غير عضوية مثل السيليكون التي لا تتحلل بسهولة وتعتبر واحدة من المشاكل المستقبلية التي سيتعين على البشرية التعامل معها في غضون عقود قليلة.

تحول فريق بحث بقيادة يانغ يانغ ، عالم المواد في جامعة كاليفورنيا ، إلى المواد العضوية ، أي تلك التي تحتوي على الكربون كأحد المكونات لصنع الخلايا الشمسية بدلاً من ذلك. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة لها عيب في أن ضوء الشمس الساقط يتسبب في أكسدة المكونات العضوية ، مما يؤدي إلى تسوسها وانخفاض كفاءتها بشكل كبير.

تحول يانغ وفريقه إلى مادة أخرى طبيعية ، L-glutathione ، لإضافة طبقة إلى الخلايا الشمسية العضوية للتغلب على ذلك. تباع كمكمل غذائي مضاد للأكسدة بدون وصفة طبية ، تمنع طبقة L-glutathione المواد من التعرض للأكسدة وتحافظ على كفاءتها ، حتى بعد 1000 ساعة من الاستخدام المتواصل.

لاختبار الخلايا الشمسية العضوية شبه الشفافة ، استخدمها الباحث في نماذج أولية لبيت زجاجي حيث قاموا أيضًا بزراعة محاصيل مثل القمح والفاصوليا والبروكلي. لإثبات كفاءة الخلايا ، استخدم الباحثون نموذجًا أوليًا للتحكم في الدفيئة يستخدم الخلايا الشمسية غير العضوية أو التقليدية. وجد الباحثون أن المحاصيل في الدفيئة ذات الخلايا الشمسية العضوية نمت أكثر من تلك الموجودة في الدفيئة العادية.

قال Yepin Zhao ، عضو مختبر Yang في UCLA ، في بيان صحفي : "لم نتوقع أن تتفوق الخلايا الشمسية العضوية على الدفيئة التقليدية ذات السقف الزجاجي. لكننا كررنا التجارب عدة مرات بنفس النتائج ، وبعد مزيد من البحث والتحليل ، اكتشفنا أن النباتات لا تحتاج إلى الكثير من ضوء الشمس لتنمو كما كنا نعتقد في الأصل. في الواقع ، يمكن أن يضر التعرض المفرط للشمس أكثر مما ينفع. "

يشتبه الباحثون أيضًا في أن طبقة L-glutathione تمنع الأشعة فوق البنفسجية (UV) والأشعة تحت الحمراء (IR) من الوصول إلى النباتات. يمكن للأشعة فوق البنفسجية أن تمنع نمو النبات ، بينما يمكن للأشعة تحت الحمراء تسخين الدفيئة ، مما يزيد من متطلبات المياه للنباتات. لم يحدث أي منهما في الدفيئة ذات الخلايا الشمسية العضوية.

نُشرت نتائج البحث في مجلة Nature Sustainability .