לוחות סולאריים מפלסטיק

שיטה חדשה להפקת חומרים פלסטיים מוליכי-חשמל שפותחה ע”י מהנדסים מאוניברסיטת פרינסטון תוכל להפחית באופן משמעותי את עלויות הייצור של לוחות סולאריים.

לאחר התגברות על אתגרים טכניים לייצור חומרים פלסטיים שיהיו שקופים, ברי-עיצוב ומוליכי-חשמל, החוקרים סללו את הדרך לשימוש מעשי יותר בחומר לטווח נרחב של התקנים חשמליים.
לאור החששות המתגברים לגביי התחממות כדור-הארץ והעלייה בדרישה לאנרגיה, חומרים פלסטיים יוכלו להוות חלופה חסכונית לתחמוצת בדיל-אינדיום, חומר מוליך יקר המשמש כיום בלוחות סולאריים – כך לדברי החוקרים.

“פולימרים (פלסטיק) מוליכים קיימים זה זמן רב, אולם עיבודם לרכיבים שימושיים פגם ביכולתם להוליך חשמל,” אמרה Yueh-Lin Loo, פרופסור להנדסה כימית באוניברסיטת פרינסטון. “הצלחנו להבין כיצד להימנע ממכשלה זו. אנו יכולים לעצב את חומרי הפלסטיק לצורה שימושית בעודנו שומרים על יכולת הולכת החשמל הגבוהה שלהם.” ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי Proceedings of the National Academy of Sciences.

בתחום המחקר, הידוע כ”אלקטרוניקה אורגאנית”, כיוון שפלסטיק מבוסס על פחמן, בדומה ליצורים החיים, טמון פוטנציאל לפיתוח סוגים חדשים של התקנים אלקטרוניים ושיטות חדשות לייצור טכנולוגיות קיימות. אולם התקדמותו של תחום זה עוכבה בשל האובדן המסתורי של המוליכות במוצרים המעובדים המוגמרים.

“החוקרים לא הבינו מה מתרחש כאן,” אומרת המדענית. “אנו גילינו כי כאשר מעצבים את הפולימרים, המבנים שלהם לכודים בתבנית קשיחה המונעת מהזרם החשמלי מלנוע דרכם.”
מרגע שהבינו את הבעיה הבסיסית, החוקרים פיתחו שיטה לרפות את מבנה הפלסטיק באמצעות טיפול שלו עם חומצה לאחר עיצובם לתבנית הרצויה.

באמצעות השיטה, החוקרים הצליחו ליצור טרנזיסטור פלסטיק – רכיב מפתח באלקטרוניקה המשמש להגברת ולהעברת אותות חשמליים. הם ייצרו את האלקטרודות של הטרנזיסטור באמצעות הטבעת הפלסטיק לתוככי משטח – שיטה מהירה וזולה הדומה לדרך שבה מדפסת הזרקת דיו מפיקה הדפס על נייר.

החוקרת ציינה כי השיטה יכולה לעבור לקנה-מידה תעשייתי לשם ייצור מסחרי, בדומה למכבשי דפוס המשמשים היום להדפסת עיתונים. “היכולת ל”צייר” על רכיבי-אלקטרוניקה, שזה אופן השיטה שלנו למעשה, הינה הצלחה חשובה,” אומרת החוקרת. “תוכל למכור את הפלסטיק במחסניות בדומה לדרך שבה נמכר דיו למדפסות, ולא תצטרך מכונות מיוחדות להדפיס את התבניות הרצויות.”

בעקבות האפשרות לייצר תאים סולאריים מפלסטיק ע”י שיטות הדפס חסכוניות וע”י החלפתו של החומר המוליך העיקרי והיקר תחמוצת בדיל-אינדיום, לפלסטיק שפיתחו החוקרים יש פוטנציאל להפחתת המחיר של לוחות סולאריים.

כיום, החשמל המופק באמצעות תאים סולאריים מפלסטיק מועבר דרך מוליך מתכתי שקוף המורכב מתחמוצת בדיל-אינדיום. המוליך חייב להיות שקוף כדי לאפשר לקרני-השמש לעבור דרכו ולהגיע לחומרים המרכיבים את התא הסולארי שתפקידם לקלוט את אנרגיית השמש. התחמוצת, שהינה תוצר-לוואי נדיר ויקר המתקבל בתהליכי כרייה, הפכה לחומר מבוקש לשימוש בטלוויזיות שטוחות-מסך, טלפונים ניידים והתקנים אחרים בעלי מסכי תצוגה. “המחיר של חומר זה מרקיע שחקים,” אמרה החוקרת.” “בכדי להפחית את מחירם של תאים סולאריים פלסטיים אנו צריכים למצוא חומרים חלופיים לתחמוצת זו. הפלסטיק המוליך שלנו מאפשר לאור-השמש לעבור דרכו, עובדה ההופכת אותו לחלופה יעילה.”

החוקרים צופים כי הפלסטיק שלהם יוכל להחליף גם מתכות יקרות המשמשות כיום בהתקנים אלקטרוניים אחרים כגון צגים גמישים. בנוסף, המדענים מתחילים לבחון את השימוש של הפלסטיק בחיישנים ביורפואיים שייפלטו צבע מסוים ברגע שלאדם יש זיהום. לדוגמא – הפלסטיק יחליף את צבעו מצהוב לירוק בחשיפה לתחמוצת החנקן, חומר כימי הנוצר במהלך דלקת אוזניים בילדים.

אם ניתן יהיה להפיק את ההתקנים הללו במחיר נמוך, הם יוכלו להיות שימושיים במדינות מתפתחות שלא קיימים בהן מתקנים רפואיים מתקדמים. “לא תצטרך מכונות יקרות או ציוד מעבדתי בכדי לזהות זיהום ומחלות,” מסבירה החוקרת, “כל מה שצריך הוא העיניים שלנו בכדי להבחין בשינוי הצבע של הפלסטיק.”

הידיעה מהאוניברסיטה