يواصل العلماء مطالعتنا -بين الحين والآخر- بفوائد عديدة وغير متوقعة مقترنة باستعمال الألواح الشمسية، التي تجلى أحدثها في استغلال مادة مُستعمَلة بتلك الخلايا، في مساعدة السيارات ذاتية القيادة على السير في الظلام.

ويبرز توجه قوي في الوقت الحالي -اطلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة- نحو استغلال كل مكونات الخلايا الشمسية، وعدم تقييد فوائدها بتوليد الكهرباء النظيفة المستدامة التي تشتد الحاجة إليها لتحقيق أهداف التحول الأخضر، وتعزيز أمن الطاقة.

وتتويجًا لتلك المساعي، تمكّنت مجموعة من الباحثين في جامعة لينشوبينغ السويدية من استعمال مادة موجودة في الألواح الشمسية كمستشعرات ضوئية في الأجهزة الإلكترونية، عبر تطوير نوع من جهاز استشعار لديه القدرة على اكتشاف الضوء الأحمر المستقطب دائريًا، وفق ما أورده موقع تيك إكسبلور Tech xplore.

الضوء المستقطب دائريًا

تمهّد الدراسة، التي أجراها الباحثون ونُشرت في مجلة نيتشر فوتونيكس، الطريق أمام تطوير سيارات ذاتية القيادة أكثر موثوقية، إلى جانب استعمالات أخرى لا يمكن الاستغناء فيها عن الرؤية الليلية.

وتعكس بعض الخنافس التي لها أجنحة لامعة، ويرقات اليراع (حشرة آكلة للحوم)، وروبيان السرعوف (حشرة فرس النبي) الملون، نوعًا معينًا من الضوء يُعرف بالضوء المستقطب دائريًا، ويُعزى هذا إلى الهياكل المجهرية الموجودة في أغلفتها التي تعكس الموجات الكهرومغناطيسية بطريقة معينة.

ويشير مصطلح الضوء المستقطب إلى تلك الموجات الضوئية التي تخضع لترتيب بسيط ومنظم، وفق معلومات طالعتها منصة الطاقة المتخصصة.

وعلاوة على ذلك، يمكن الانتفاع بالضوء المستقطب دائريًا في استعمالات تقنية عديدة مثل الاتصال بالأقمار الصناعية، والتصوير الحيوي، إلى غير ذلك من تقنيات الاستشعار.

ويرجع ذلك إلى أن الضوء المستقطب دائريًا يحمل قدرًا هائلًا من المعلومات، بفضل حقيقة مؤداها أن المجال الكهرومغناطيسي الموجود حول شعاع الضوء يتجه إما إلى اليمين وإما إلى اليسار.

ولاكتشاف الضوء المستقطب دائريًا، يحتاج المرء إلى مادة قادرة على استشعار الطريق الذي يتجه فيه الضوء.

مادة ابتكارية

هناك مادة تستطيع اكتشاف وفك شفرة الضوء المستقطب دائريًا في الطيف المنظور بأكمله، باستثناء المنطقة القريبة من الأشعة تحت الحمراء.

وعلى هذا الأساس طوّر الباحثون في جامعة لينشوبينغ -الآن- مادة، تُستعمل طبيعيًا في الألواح الشمسية العضوية، لالتقاط أشعة الضوء الخاصة تلك.

وقال الأستاذ في قسم الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا في جامعة لينشوبينغ فينغ غاو: "بناء مستشعرات عالية الجودة قادرة على اكتشاف الضوء المستقطب دائريًا في الطيف الواقع بالقرب من منطقة الأشعة تحت الحمراء، مثّل تحديًا لمدة طويلة".

وأوضح غاو: "لكن وبفضل تطوير مادة مُستعملة طبيعيًا في الألواح الشمسية العضوية، نستطيع -حاليًا- اكتشاف الضوء المستقطب دائريًا عبر الطيف الضوئي المنظور بأكمله".

حلول تقنية

يمهّد هذا الاكتشاف الطريق أمام استحداث حلول تقنية غير تقليدية، لا يمكن الاستغناء فيها عن الرؤية الليلية، مثل السيارات ذاتية القيادة، إذ تجعل المادة خفيفة الوزن وعملية تصنيعها البسيطة من المناسب استعمالها في المستشعرات الصغيرة والرخيصة.

وتتألف المادة المستعملة في الألواح الشمسية العضوية من البوليمرات (سلاسل طويلة من المواد الهيدروكربونية)، وربما يكون لها تركيب جزيئي كروي يُعرف باسم الفوليرين، أو بنية مختلفة، فتسمى غير الفوليرينية.

والفوليرين عبارة عن جزيئات تتكوّن بالكامل من ذرات الكربون، وتكون على شكل كرة مجوفة، وتسمى أحيانا كرات بوكي buckyballs، وفق ما رصدته منصة الطاقة المتخصصة.

وتُصنّف المادة المستعمَلة في الدراسة الحالية بأنها غير فوليرينية، وهو ما يبرز ميزة كبيرة في الألواح الشمسية، بالإضافة إلى استعمالات أخرى مثل المستشعرات الضوئية.

الجزيء اليدواني

تُعزى قدرة هذه المادة على استشعار الضوء المستقطب دائريًا إلى عدم تناظرها، وهي الطريقة التي تتفاعل من خلال الجزيئات مع الضوء.

وبفضل خاصية الجزيء اليدواني (يُعرف أيضًا بعدم التناظر المرآتي)، يمكن للجزيئات المختلفة أن تستشعر إذا كان الإشعاع الكهرومغناطيسي يتجه إلى جهة اليمين أم إلى جهة اليسار.

والجزيء اليدواني أو عدم التناظر المرآتي أو التصاوغ الضوئي أو الصفة اليدوية، لا ينطبق على صورته في المرآة حتى إذا دار حول نفسه.

واليد مثال لذلك، فهي يدوانية، فاليد اليسرى هي صورة مرآة لليد اليمنى، ولكن لا يمكن أن تنطبقا حتى ولو جرى تدويرهما بأى درجة في المستوى نفسه.

وقال الزميل في قسم الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا في جامعة لينشوبينغ لي وان: "الخطوة التالية هي توسيع تلك التجارب لتشمل مواد مختلفة عديدة، وفحص الطريقة التي يتفاعل من خلالها الضوء والجزيئات".

وأضاف وان: "وبهذه الطريقة، نأمل أن نكون قادرين على زيادة الفاعلية".

من جهته قال الزميل في مرحلة ما بعد الدكتوراه بقسم الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا في جامعة لينشوبينغ في روي تشانغ: "يمكن أن يكون التحكم في تماسك الجزيئات أمرًا مهمًا للغاية".

موضوعات متعلقة..

• هل يمنع الجليد توليد الكهرباء من الألواح الشمسية؟
• سوق الطاقة الشمسية العالمية تنمو بنحو 11% بحلول 2033 (تقرير)
• تقنية جديدة لإعادة تدوير الألواح الشمسية تنتظرها السيارات الكهربائية

اقرأ أيضًا..

• تآكل إطارات السيارات الكهربائية.. مُعضلة تهدد التحول إلى النقل الأخضر
• أكبر 6 منصات نفطية في العالم من حيث الإنتاج.. أميركا بالمقدمة (إنفوغرافيك)
• هل يفقد الوقود الأحفوري هيمنته في توليد الكهرباء بسبب الطاقة الشمسية؟.. خبراء يجيبون

• الطائرات المسيرة تُشعل ثورة في صناعة النفط والغاز.. 5 مهام شاقة