חלונות סולאריים מייצרי חשמל

מדענים מהמעבדה הלאומית ברוקהייבן במשרד האנרגיה בארה”ב פיתחו שכבות דקות שקופות המסוגלות לקלוט אור שמש ולהמירו למטען חשמלי ע”ג שטח נרחב יחסית

מדענים מהמעבדה הלאומית ברוקהייבן במשרד האנרגיה בארה”ב פיתחו שכבות דקות שקופות המסוגלות לקלוט אור שמש ולהמירו למטען חשמלי ע”ג שטח נרחב יחסית. החומר החדש, המתואר במאמר שפורסם בכתב-העת המדעי Chemistry of Materials, יוכל לשמש לפיתוח לוחות סולאריים שקופים או אפילו חלונות הקולטים אנרגיה מהשמש ויוצרים ממנה חשמל.

החומר החדש מורכב מפולימר מוליך-למחצה שבו מוטמעים פולרנים עתירי-פחמן. בתנאים מבוקרים בקפדנות, החומר מתארגן עצמאית לקבלת תבנית חוזרת של תאים מיקרוניים דמויי-משושים לאורך שטח נרחב יחסית (אפילו עד כדי מספר מילימטרים).

“למרות ששכבות דקיקות בעלות צורת כוורת שכאלו הוכנו בעבר תוך שימוש בפולימרים רגילים כגון פוליסטירן, זהו הדיווח הראשון אי-פעם על חומר כזה המורכב מתערובת של מוליך-למחצה ופולרנים, ואשר מצליח לקלוט אור ולהמיר אותו באופן יעיל למטענים חשמליים נפרדים,” אמר המדען הראשי Mircea Cotlet, כימאי פיסיקלית במרכז לננו-חומרים תפקודיים.

יתרה מכך, החומר נותר שקוף ברובו מאחר ושרשראות הפולימר ארוזות באופן דחוס רק בקצות המשושים, בעוד ששאר חלקי החומר נותרים ארוזים באופן רפוי ומתפרשים לרוחב המרכזים. “הקצוות הארוזים בצפיפות קולטים אור באופן נרחב ועשויים אף לקדם את ההולכה החשמלית,” מסביר החוקר, “בעוד שהמרכזים אינם קולטים אור במידה ניכרת ושקופים יחסית.”

“השילוב של מאפיינים אלו וקבלת דפוסים סדורים נרחבים יוכלו לספק מגוון נרחב של יישומים אפשריים, כגון חלונות סולאריים מייצרי-חשמל, לוחות סולאריים שקופים, וסוגים חדשים של צגים אופטיים,” אמר אחד מהמדענים השותפים למחקר. “דמיינו לעצמכם בית המורכב מחומר שכזה, אשר, יחד עם גג סולארי, יוכל לחסוך עלויות חשמל באופן משמעותי. הנושא די מרתק,” מוסיף החוקר.

החוקרים הכינו את השכבות הדקיקות באמצעות הזרמת טיפות מים מיקרומטריות לרוחב שכבה דקה של תמיסת תערובת פולימר/פולרן. טיפות מים אלו מתארגנות עצמאית למערכים נרחבים בתוככי תמיסת הפולימר. כאשר הממס מנודף לחלוטין, הפולימר יוצר תבנית משושה כעין כוורת לרוחב שטח נרחב. “זוהי שיטה חסכונית ובעלת פוטנציאל לעבור מהמעבדה לקנה-מידה תעשייתי,” מסביר אחד מהחוקרים.

המדענים אימתו את אחידות המבנה המשושה באמצעות מספר שיטות של מיקרוסקופיה אלקטרונית וגלאי סריקה, ובחנו את המאפיינים האופטיים ואת הפרדת המטען בחלקים שונים בתוככי המבנה (קצוות, מרכזים והפינות, דרכן התאים השונים חוברים זה לזה) באמצעות מיקרוסקופיה פלואורסצנטית מתקדמת.

המדענים גם מצאו שדרגת אריזת הפולימר נקבעת בהתאם לקצב נידוף הממס, שבתורו קובע את קצב העברת המטען בתוך החומר.

“ככל שקצב הנידוף איטי יותר, כך הפולימרים ארוזים בצורה דחוסה יותר, וכך יעילות העברת המטען גדולה יותר,” מסביר החוקר.

“המחקר שלנו מספק הבנה עמוקה יותר אודות התכונות האופטיות של המבנה דמוי-הכוורת. השלב הבא יהיה להשתמש בשכבות דקיקות אלו להכנת תאים סולאריים אורגניים גמישים ושקופים והתקנים אחרים,” אמר החוקר.
הידיעה על המחקר