סיקור מקיף

לבלוע את השמש

על שולחן המעבדה: שילוב שני סוגים של ננו-חומרים, בעלי תכונות אופטיות שונות

התקנת פאנלים סולאריים.  <a href="https://depositphotos.com. ">צילום: depositphotos.com</a>
התקנת פאנלים סולאריים. צילום: depositphotos.com

אנרגיה סולרית היא העתיד, אבל הטכנולוגיה עוד רחוקה משלמות. ראשית, תאים פוטו-וולטאיים, או לוחות סולריים, מאבדים מיעילותם עם הזמן, מתפרקים ומזהמים את סביבתם. ואפילו לוחות חדישים אינם מנצלים ביעילות מספקת את אנרגיית השמש אשר פוגעת בהם.   מה השאלה? איך אפשר להרחיב את תחום הבליעה של לוחות סולריים, ולנצל יותר אנרגיה מהשמש?  

כדי לפתור את הבעיה הראשונה, פרופ' ליעוז אתגר מהמכון לכימיה באוניברסיטה העברית בירושלים פיתח תאים סולריים במבנה ייחודי, המבוססים על חומר הפרובסקייט. המבנה הייחודי של התאים הסולריים הללו מאפשר לשטוף אותם, להסיר את הפרובסקייט ולהטמיע חדש במקומו – וכך לחסוך את הצורך בייצור לוח חדש במקומו.

אנחנו מנסים ללמוד על האינטראקציה בין שני החומרים האלה וליהנות מהתכונות של שניהם, כשהמטרה היא להרחיב את ספקטרום הבליעה של הלוחות הסולריים

אלא שהפרובסקייט לבדו אינו מגדיל את יעילות המרת האנרגיה של הלוח הסולרי. "במחקר החדש שלנו, שנתמך במענק מחקר מהקרן הלאומית למדע, אנחנו מנסים לצמד שני סוגי ננו-חלקיקים, שניהם מוליכים למחצה בעלי תכונות אופטיות שונות – הפרובסקייט שלנו ועופרת סולפיד", מסביר פרופ' אתגר.

מאפייני פליטה ובליעה של שני החומרים. כחול: פליטה. שחור: בליעה. אפשר לראות את ההבדל בטווח האופטי של שני החומרים. בעוד הפרובסקייט מגיע עד אזור ה-550 ננומטר אורך גל,  העופרת סולפיד מגיע עד לאזור ה-900 ננומטר אורך גל.

"שעה שהפרובסקייט קולט בעיקר קרינה אלקטרומגנטית בתחום האור הנראה, עופרת סולפיד מצטיינת בבליעת קרינה תת-אדומה. אנחנו מנסים ללמוד על האינטראקציה בין שני החומרים האלה וליהנות מהתכונות של שניהם, כשהמטרה היא להרחיב את ספקטרום הבליעה של הלוחות הסולריים – מהאור הנראה ועד לאינפרה אדום, וכך ליהנות מניצול יעיל יותר של אנרגיית השמש".

פרופ' אתגר מדגיש כי החיסכון באנרגיה משמעותי גם אם משתמשים אך ורק בפרובסקייט בתאים הסולריים. "התאים הנפוצים היום בשוק מבוססים על סיליקון", הוא אומר, "מבחינה אנרגטית, הדור החדש של תאים סולריים מבוססי פרובסקייט מייצרים אנרגיה השווה לכל הפחות לאנרגיה המיוצרת  מתאי סיליקון. אבל הקלות, הפשטות והעלות של ייצור תאי הפרובסקייט משנים את התמונה: לא צריך ציוד קצה יקר ומתוחכם כדי לייצר תאי פרובסקייט, לא צריך תנאים סטריליים של מעבדה וחדרים נקיים, וכל זה מוריד משמעותית את העלויות ועושה את החיים לקלים בהרבה. אם נצליח להגדיל את היעילות של התאים באמצעות הוספת עופרת סולפיד – מה טוב. אבל כבר עכשיו אנחנו מציעים יעילות דומה בעלויות נמוכות יותר, ליצרן, לצרכן וכמובן לסביבה".

יישום אפשרי אחר לשילוב של פרובסקייט ועופרת סולפיד נמצא בהתקנים פולטי אור – המשמשים את כולנו במסכים.

תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים חודר של שני סוגי החלקיקים — הפרובסקייט (החלקיקיפ המרובעים) והעופרת סולפיד (הנקודות השחורות הקטנות)

"אותם העקרונות של לוחות סולריים פועלים גם בטלוויזיה ובמחשב שלנו", מסביר פרופ' אתגר. "מהניסויים שביצענו במעבדה אנחנו כבר רואים שהעופרת סולפיד בולעת אור תת-אדום ופולטת את האנרגיה בתחום האור הנראה, ופירושו של דבר שאפשר להגביר את עוצמת האור הנראה לעין. כשאנחנו מסתכלים על מסך אנחנו רואים המון פיקסלים בצבעים שונים. המסך מחובר לחשמל, או לסוללה, אשר מספקים אנרגיה שמובילה לפליטת האור. אם נצליח להסיט את הספקטרום התת-אדום לספקטרום הנראה, נצטרך להשקיע פחות אנרגיה כדי להפעיל את המסך הזה. החיסכון באנרגיה לא נועד רק כדי להוריד את חשבון החשמל, אלא בראש ובראשונה כדי לשמור על הסביבה. בנוסף, הפרובסקייט מאפשר לנו לכוונן את האנרגיה שהם פולטים כך שנקבל חדות צבעים שאי אפשר לקבל בחומרים אחרים – מה שישפר גם את איכות התמונה".

פרופ' ליעוז אתגר

"אני רץ להנאתי" אומר פרופ' אתגר. "בשגרה אני רץ כ-15 ק"מ, ומספר פעמים בשבוע אני רץ ריצות ארוכות יותר – עד כדי חצאי מרתונים. לא כדי להתחרות, אלא נטו בשביל ההנאה".

תגיות:

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook
לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן