סיקור מקיף

היורש הזוהר של הסיליקון

החומר פֶּרוֹבְסקיט, שעלה לאחרונה לכותרות, יוכל בסופו של דבר לשמש לייצור תאים סולריים זולים ויעילים יותר מאשר אלה המיוצרים באמצעות טכנולוגיית הסיליקון המקובלת

הכתבה התפרסמה באישור סיינטיפיק אמריקן ישראל ורשת אורט ישראל

גביש פרבוסקיט. צילום: Shutterstock
גביש פרבוסקיט. צילום: Shutterstock

סיליקון גבישי שולט בשוק התאים הסולריים במשך עשרות שנים, אבל דגמי אב-טיפוס של תאים הבנויים מחומר גבישי אחר, פֶּרוֹבְסקיט, מתקרבים במהירות לאותה רמת יעילות.

פֶּרוֹבְסקיט עשוי להיות זול יותר מסיליקון כיוון שאפשר לייצר אותו בטמפרטורות נמוכות בהרבה. אפשר לגלול את תאי הפֶּרוֹבְסקיט בשכבות גמישות וצבעוניות, מה שמוליך למגוון רחב יותר של שימושים ומוצרים מאלה שמאפשרים התאים הנוקשים של סיליקון.

אבל האתגרים עדיין גדולים. יש לפתח דרכים לאטום באמינות את התאים כנגד מים, כדי למנוע את התפרקות תאי הפֶּרוֹבְסקיט בתוך שעות אחדות.

עופרת, המצויה בתאים בכמויות קטנות, צריכה להיות חתומה לגמרי בתוך התאים, למען הבטיחות. כמו כן ממדי התאים חייבים לגדול. כיום, התאים היעילים ביותר אינם גדולים מציפורן האצבע.

עם רדת הערב, ישב תלמיד המחקר מייקל לי בבר אפלולי ביפן ושִרבט במהירות על פיסת קרטון, המשמשת

השיא העדכני, 20.1%, שהשיג מכון המחקר הקוריאני לטכנולוגיה כימית בנובמבר 2014, סימן הכפלת היעילות פי חמישה במשך שלוש שנים. לשם השוואה, אחרי עשרות שנים של פיתוח תאים סולריים מסיליקון, העלייה ביעילותם של התאים שבחזית המחקר נעצרה בסביבות 25%, יעד שחוקרי פֶּרוֹבְסקיט כמונו כבר רואים באופק. אנחנו גם מצפים לפריצה מסחרית, אולי באמצעות חברות תעשייתיות שהוקמו בהמשך למחקר, כמו Oxford Photovoltaics שאחד מאִתנו (סניית') היה שותף להקמתה.

תאי פֶּרוֹבְסקיט מעוררים עניין בשל סיבות אחדות. המרכיבים מצויים בשפע, חוקרים יכולים ליצור מהם בקלות שכבות גבישיות דקות, בעלוּת נמוכה ובטמפרטורות נמוכות וזאת בניגוד למשטחי סיליקון בעלי מבנה דומה שייצורם יקר יותר ונעשה בטמפרטורות גבוהות. גלילים של שכבות פֶּרוֹבְסקיט דקות וגמישות, בניגוד ל"פרוסות" הסיליקון העבות והנוקשות, יוכלו, יום אחד, לזרום מתוך מדפסות מיוחדות ויהיה אפשר לייצר מהם יריעות וציפויים סולריים קלי משקל, ניתנים לעיצוב ואולי אפילו צבעוניים.

עם זאת, מפתחי תאי הפֶּרוֹבְסקיט צריכים להתגבר על כמה מכשולים גבוהים לפני שיוכלו לסכן את שלטונו של הסיליקון. דגמי האב-טיפוס שלהם אינם גדולים מציפורן של אדם. כדי להתחרות בלוחות הסיליקון על החוקרים למצוא דרכים לייצור שכבות פֶּרוֹבְסקיט גדולות יותר. כמו כן עליהם לשפר מאוד את הבטיחות ואת היציבות ארוכת הטווח של התאים – אתגר קשה כטיפוס במעלה ההר.

 לנצח במרוץ היעילות

כיום, תאי הסיליקון היעילים ביותר מגיעים ל-25.6 אחוזי המרה. מדוע תאים סולרים אינם יכולים להמיר לחשמל את כל אנרגיית האור של השמש? ומדוע תאי פֶּרוֹבְסקיט עשויים לשבור את שיא הסיליקון?

התשובות לשאלות קשורות לאלקטרונים הניידים והניתנים לעירור המצויים בחומר. כשתא סולרי מצוי באפֵלה, כל אלקטרון בחומר נשאר קשור לאטום שלו, ואין זרם חשמלי. ואולם, כשאור השמש פוגע בתא, הוא יכול לשחרר כמה אלקטרונים. האלקטרונים ה"מעוּררים" ועתירי האנרגיה האלה, תועים כשיכורים דרך הסריג הגבישי של התא הסולרי עד שהם יוצאים מקצה התא – ואז הם משוגרים על ידי אלקטרודה כזרם חשמלי שימושי – או נתקלים במעצור או במלכודת ומאבדים את האנרגיה שלהם כחום מבוזבז.

תמונת אלקטרודות זהב מעטרות תאים סולריים אדומים עשויים פֶּרוֹבְסקיט.קרדיט: פלנם פטקוב
אלקטרודות זהב מעטרות תאים סולריים אדומים עשויים פֶּרוֹבְסקיט, שבנו חוקרים במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס. גודלם של התאים הוא כשל בול דואר אך הם דקים בהרבה.
קרדיט: צילומים של פלנם פטקוב

ככל שאיכות הגביש גבוהה יותר, יש בו פחות פגמים שעלולים להסיט את האלקטרונים ממסלולם. כדי להסיר פגמים במבנה של תאי סיליקון מחממים אותם בדרך כלל לטמפרטורה של 900 מעלות צלזיוס. בתאי פֶּרוֹבְסקיט יש הרבה פחות פגמים, אף על פי שעיבודם נעשה בטמפרטורות נמוכות בהרבה, בסביבות 100 מעלות צלזיוס. כתוצאה מכך, האלקטרונים שהאור מעורר בתאי פֶּרוֹבְסקיט מצליחים לצאת מהם לא פחות מאשר מתאי סיליקון ונמוכים סיכוייהם לאבד אנרגיה בהיתקלות במכשולים. היות שההספק החשמלי של תא הוא מכפלה של זרימת האלקטרונים היוצאים ממנו (הזרם החשמלי) ושל האנרגיה שהאלקטרונים האלה נושאים (המתח), יעילותם של תאי פֶּרוֹבְסקיט יכולה להתמודד בהצלחה עם תאי סיליקון, במאמץ ייצור נמוך בהרבה.

עם זאת, יש גבול ליכולת ההמרה של אנרגיית אור לזרם חשמלי באמצעות תאים העשויים ממוליכים-למחצה כמו סיליקון ופֶּרוֹבְסקיט. הסיבה לכך נובעת מאחת התכונות של מוליכים למחצה: פער האנרגיה האסור, או כמות האנרגיה המזערית הדרושה לשחרור אלקטרונים. אור השמש כולל אורכי גל רבים, אבל רק למקצתם די אנרגיה להתגבר על הפער האסור. אור באורכי גל אחרים פשוט יעבור מבעד לחומר בלי לעשות דבר.

למוליכים למחצה שונים יש פערים אסורים שונים והדבר מחייב פשרות עקרוניות: ככל שהפער האסור קטן יותר, התא יכול לבלוע אור בתחום אורכי גל רחב יותר ולעורר באמצעותו יותר אלקטרונים, אבל האנרגיה של כל אלקטרון מעורר תהיה נמוכה יותר. מכיוון שההספק החשמלי תלוי הן במספר האלקטרונים והן באנרגיה שלהם, אפילו מוליך למחצה בעל פער אסור אידאלי יכול להמיר לחשמל רק 33% מאור השמש.

לסיליקון פער אסור בגודל קבוע שאינו אידאלי, אבל הוא שולט בתעשייה הסולרית כיוון שהדרכים היעילות לייצור הטכנולוגיה הזאת מובנות היטב. ואולם, כשמייצרים תאי פֶּרוֹבְסקיט אפשר לשנות את גודל הפער באמצעות שינויים בתערובת המרכיבים. הדבר מעלה את הסיכויים לעבור את היעילות של תאי סיליקון. כמו כן אפשר להניח זו על גבי זו שכבות של חומרי פֶּרוֹבְסקיט שונים בעלי פערים אסורים שונים. נראה שתאי פֶּרוֹבְסקיט דו-שכבתיים עשויים לפרוץ את מחסום ה-33%. יש תחזיות שהם יוכלו לנצל אפילו 46% מאנרגיית השמש לעבודה.

 חומר ישן לומד תעלולים חדשים

חוקרי מינרלים מכירים צורות טבעיות של פֶּרוֹבְסקיט בקרום כדור הארץ עוד מאז המאה ה-19 [פֶּרוֹבְסקיט הוא שמו של המינרל סידן טיטנאט שנוסחתו, CaTiO₃]. גבישי פֶּרוֹבְסקיט עיטרו את עמוד השער של סיינטיפיק אמריקן ב-1988, כשמדענים חשבו שיוכלו לייצר מהם מוליכי-על בטמפרטורות גבוהות (ועדיין נערך מחקר כלשהו בתחום הזה עד היום.) כמו כן, במשך 20 השנים האחרונות, מהנדסים ייצרו התקני אלקטרוניקה המבוססים על פֶּרוֹבְסקיט מלאכותי, אבל הם החמיצו את השימוש האפשרי בו בתאים סולריים.

לבסוף, קבוצת חוקרים באוניברסיטת טוֹין השתמשה ב-2009 בפֶּרוֹבְסקיט שהכיל עופרת הלידית, חומר מלאכותי שהוכן לראשונה ב-1978, וייצרה ממנו תא סולרי. החוקרים המיסו כמה חומרים נבחרים ואז סחררו את התמיסה וייבשו אותה על גבי לוחית דקה של זכוכית. הייבוש הותיר אחריו, על גבי הלוחית, שכבה בעובי ננומטרי של גבישי פֶּרוֹבְסקיט, בדומה מאוד לגבישי מלח המופיעים בשולי שלוליות של מי ים המתייבשות בשמש. השכבה הזאת ייצרה אלקטרונים כשהשמש האירה עליה, אך לא ביעילות גבוהה. החוקרים הוסיפו שכבות דקות של חומר משני צִדיהם של גבישי הפֶּרוֹבְסקיט הננומטריים שסייעו להם להעביר את האלקטרונים למעגל חשמלי חיצוני והפיקו הספק שימושי.

יעילותם של הגבישים הזעירים הראשונים הייתה רק 3.8% ויציבותם נמוכה מאוד. הם התפרקו בתוך שעות אחדות. לי שינה את הרכב הפֶּרוֹבְסקיט, החליף שכבה שגרמה לבעיות בתא והעלה את היעילות מעבר ל-10%. קבוצה אחרת של חוקרים, שבראשם עמדו יחד מייקל גרַטצֶל מן המכון הטכנולוגי הפדרלי של שווייץ שבלוזאן ונאם-גיוּ פארק מאוניברסיטת סוּנגקיוּנקוואן שבקוריאה, הגיעה להישג דומה.

הצעד האחרון אל מעבר ל-20% נעשה באמצעות כמה המצאות מחוכמות. מכיוון שקשה לייצר שכבה גבישית ללא פגמים, הגו החוקרים בקבוצת המחקר של סאנג איל סיאוק ממכון המחקר הקוריאני לטכנולוגיה כימית תהליך רב-שלבי שגרם לשכבה הגבישית שהופקה מן התמיסה המסוחררת להיות מסודרת יותר. סיאוק שיפר את התהליך בהדרגה והשיג ב-2014, בזה אחר זה, שלושה שיאי יעילות, מ-16.2% עד 20.1%.

מדענים אחרים הפכו את הריבוד של חומרים נוספים לפשוט יותר; תאי הפֶּרוֹבְסקיט החדשים ביותר נראים דומים יותר לתאי סיליקון: ערימה פשוטה של שכבות שטוחות. המבנה השכבתי הזה של הסיליקון הוא שאפשר את הורדת עלות הייצור ההמוני של תאי סיליקון. לאחרונה ניסו חוקרי פֶּרוֹבְסקיט לחמם את התמיסה ואת לוחית הזכוכית שעליה שוקע החומר. התוצאה היא גבישים גדולים בכמה סדרי גודל מאלה ששימשו בתאים הראשוניים. זהו סימן מעודד לשיפור המתמשך בתהליכי הגיבוש.

מדענים יוצרים גם תכונות חדשות. שינוי ביחסים הכמותיים בין החומרים יכול ליצור תאים בעלי גוון צהוב עדין או סומק של ארגמן. שיקוע פֶּרוֹבְסקיט על זכוכית בצורה של איים, במקום בשכבה אחידה, מאפשר ליצור שכבות אטומות לאור או שקופות או בדרגות ביניים של שקיפות. כל האפשרויות האלה מעניקות לאדריכלים מבחר מרענן של חומרים בהשוואה לתאי הסיליקון הנוקשים והאטומים שצבעם שחור-כחול. המגוון הזה יוכל לסייע להם לעצב אשנבי תקרה, חלונות וחזיתות של בתים שיכילו תאי פֶּרוֹבְסקיט סולריים צבעוניים. תארו לעצמכם גורד שחקים שחלונותיו צבעוניים, המגן על הפְּנים מאור השמש החם על ידי הפיכתו לזרם חשמלי, מפחית את עלות הקירור וגם מספק חשמל.

 ארוכה הדרך למסחור

מוצרי פֶּרוֹבְסקיט עומדים בפני מסע ארוך עד שיגשימו את החזון הזה. אף כי חוקרים מקוריאה ומאוסטרליה הדגימו לאחרונה הדפסת תאי פֶּרוֹבְסקיט שגודלם 10 על 10 סנטימטרים, גדולים דיים לשימוש במוצרים מסחריים תחרותיים, התאים היעילים ביותר הם עדיין בשלב של אב-טיפוס קטן. בתהליכי הגִמלוּן (up-scaling) של ההתקנים צריכות המעבדות וחברות ההזנק העוסקות בכך לעמוד בשלוש דרישות מוקדמות כדי להגיע לשוק: לוודא שהתאים יישארו יציבים דיים כדי לייצר חשמל במשך עשרות שנים, לתכנן מוצר שהצרכנים לא יחששו להתקין בבתיהם או בבניינים אחרים ולענות לספקנים המזהירים שנתוני היעילות של תאי פֶּרוֹבְסקיט מוגזמים.

עקב אכילס של התאים הסולריים מפֶּרוֹבְסקיט הוא כנראה אי יציבותם. תאי פֶּרוֹבְסקיט עלולים להתקלקל במהירות בשל רגישותם ללחות, ולכן חייבים לאטום אותם. ייצרנו תאים כאלה באווירה אדישה מבחינה כימית ואטמנו אותם בשרף אפוקסי. לאחר מכן, חשפנו אותם לאור רצוף והם פעלו באורח יציב יותר מ-1,000 שעות. חוקרים באוניברסיטת הוּאַזהוֹנג למדע וטכנולוגיה שבסין, שעבדו בשיתוף פעולה עם גרַטצֶל, הגיעו ל-1,000 שעות פעולה ללא אטימה באפוקסי. לאחרונה הם פרסמו מאמר בדבר פריסה ניסויית בשטח של לוחות סולריים בסעודיה, כדי להראות שהתאים שהם תכננו יכולים לפעול בתנאים מציאותיים. בכנס האחרון של האגודה לחקר חומרים שנערך בסן פרנסיסקו, חשפנו תוצאות של Oxford Photovoltaics שהראו שתאי פֶּרוֹבְסקיט יכולים לייצר הספק חשמלי יציב במשך יותר מ-2,000 שעות באור שמש מלא.

ועם זאת, משך האחריות על תקינותם של לוחות סולריים המקובלת בתעשייה היא 25 שנים. פירושו של דבר הוא כ-54,000 שעות באור שמש בוהק ומתמשך. מציאת איטום בפני לחות, שיפעל לאורך תקופה כזאת, בטווח טמפרטורות רחב, חיונית ממש. יצרני לוחות סיליקון פתרו את הבעיה באמצעות אטימת התאים בין שתי שכבות זכוכית. זהו פתרון מושלם במתקנים גדולים הניצבים על הקרקע. אבל היות שאפשר לייצר תאי פֶּרוֹבְסקיט בשכבות דקות קלות וגמישות, יש למצוא שיטות אטימה שיאפשרו יישומים רחבים יותר, כמו ציפוי קירות או חלונות שיוכל להפיק חשמל.

איור של פעולת תאי סיליקון ותאי פֶּרוֹבְסקיט בהמרה של אור שמש לחשמל.קרדיט: ז'ן כריסטינסן
קרדיט: ז'ן כריסטינסן

למרבה המזל, חברות המנסות למַסחֵר חומרים סולריים גמישים אחרים, כמו למשל מוליך למחצה הבנוי מסֶלֶניד של נחושת, אינדיום וגליום, התקדמו בכיוון הזה. טכנולוגיות האטימה פועלות היטב, אבל החברות האלה מתקשות להתחרות על פלח השוק הזה מול תעשיית הסיליקון, מכיוון שהתאים שלהן יעילים פחות ויקרים יותר. תאי פֶּרוֹבְסקיט, שאמורים להיות יעילים וזולים יותר, יוכלו, אולי, לנצל את התקדמות בשיטות האטימה.

אטימת התאים מחדירת לחות פנימה חשובה לא יותר ממניעת דליפה של מרכיבי התא החוצה. התאים מכילים כמות זעירה של עופרת רעילה ולכן השוק ידרוש הוכחה נחרצת שהפקת חשמל מפֶּרוֹבְסקיט בטיחותית. חוקרים יכולים לשאוב השראה מחומר סולרי חלופי, החומר היחיד חוץ מסיליקון שיש לו הצלחה מסחרית: קדמיום טֶלוּרי (CdTe).

יצרנית הלוחות העשויים מן החומר הזה, חברת פירסט סולר (First Solar), פרסה אותם ברחבי העולם ועמדה בתקני הבטיחות על אף פי שהלוחות מכילים קדמיום, יסוד הרבה יותר רעיל מעופרת. חברת פירסט סולר שכנעה קהילות צרכנים שהלוחות שלהם אטומים היטב כך שקדיום לא ידלוף מהם אפילו בשרֵפה מדברית שתגיע לטמפרטורה של 1,000 מעלות צלזיוס. ואולם, הלוחות האלה מוצבים על מצע זכוכית ולכן אינם גמישים וקלים כפי שתאי פֶּרוֹבְסקיט אמורים להיות. ועם זאת, יצרני הפֶּרוֹבְסקיט יכולים ללמוד מהצלחתה של פירסט סולר באטימה ובבדיקה קפדנית של המוצרים.

התפתחות מעודדת הקשורה לעופרת צצה לאחרונה מן המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT): אנג'לה בֶּלצֶ'ר ועמיתיה הראו כי אפשר למחזר, באופן בטיחותי, מצברים של מכוניות המכילים עופרת וחומצה. העופרת הממוחזרת מן המצברים תוכל לשמש לייצור תאי פֶּרוֹבְסקיט. המחקר הזה מעניק לתאים יתרון סביבתי. בלצ'ר מעריכה שהעופרת ממצבר אחד של מכונית תוכל לשמש, בקירוב, לייצור של 700 מטר מרובע של תאי פֶּרוֹבְסקיט. אם יעילותם של התאים תהיה 20%, השטח הזה יספק די חשמל לתצרוכת של 30 בתים באקלים חם ומוצף שמש, כמו זה שבאזורים מדבריים.

פתרון אחר יכול להיות הימנעות משימוש בעופרת. גם הקבוצה שלנו וגם קבוצת חוקרים אחרת באוניברסיטת נוֹרת'ווֶסטרן פרסמו תוצאות ראשוניות בדבר תאים המכילים בדיל במקום עופרת. ואולם, הדבר פוגם ביעילות וביציבות של התאים, מכיוון שבמהלך הזמן בדיל נוטה לפגום במבנה הגבישי של פֶּרוֹבְסקיט ולעכב את יציאת האלקטרונים מן התאים. יידרש אפוא פיתוח רב לפני שבדיל יאפשר ביצועים ארוכי טווח כמו עופרת.

לבד מן הסוגיות שנידונו כאן, החוקרים צריכים לענות על סוגיה קטנה יותר ומוזרה יותר. מבקרים טוענים כי ערכי היעילות הנמדדים של תאי הפֶּרוֹבְסקיט עלולים להיות גבוהים מערכם האמיתי בשל היסטֶרֶזיס: ריצוד במדידה שעלול לנבוע מתנועתן של מולקולות טעונות הנודדות מצד אחד של התא לצדו השני וגורם לכאורה לזרם נמדד חזק יותר. אבל הנדידה היונית הזאת מתרחשת לזמן קצרצר ומדענים מחפשים דרכים לעצור אותה. בינתיים יש פתרון פשוט: לחכות עד שתיעצר נדידת היונים ולמדוד את היעילות במשך זמן ארוך יותר. ברוב המקרים תוצאות של מדידת היעילות בשיטה כזאת דומות למדידות הראשוניות המהירות, אבל ייתכן שהחוקרים מתפתים לדווח רק על המדידות הגבוהות ביותר. אנחנו עובדים כעת יחד עם חוקרים מכל העולם כדי ליצור תקינה של תהליך המדידה, כך שהתוצאות שלנו יעמדו בבדיקות מחמירות יותר.

לבסוף, כדי להצליח באופן מסחרי, חלוצי השימוש בפֶּרוֹבְסקיט צריכים לספק תכנית כלכלית משכנעת כדי למשוך משקיעים למעבר לייצור מלא. אמנם, החומרים הדרושים ליצור תאי פֶּרוֹבְסקיט מצויים בשפע, ייצור השכבות הדקות נעשה בטמפרטורות נמוכות ומחיר הציוד להפקתן בגלילים נמוך, אבל חברות לייצור תאים סולריים מפֶּרוֹבְסקיט צריכות להיזהר ולא ליפול במלכודת ולהתחרות באופן ישיר בסיליקון. אין מקום להציע מחירים זולים יותר מסיליקון, משום שעיקר העלות של מתקן אינה קשורה למחיר הלוחות אלא למה שמכונה "מאזן המערכת", מושג הכולל את עלות חומרי המתקן, העבודה, הרישיונות והפיקוח והוצאות אחרות הקשורות להקמת המערכת. המחיר הממוצע של מתקן סולרי למגורים בארה"ב עמד ב-2014 על 3.48 דולרים לוואט של הספק חשמלי. עם זאת, עלות הלוח הסולרי עצמו הייתה רק 72 סנטים לוואט. גם אם מחירי לוחות הפֶּרוֹבְסקיט ירדו עד עפר, כלומר ל-10 או ל-20 סנט לוואט כפי שהחוקרים חוזים, השיפור יוזיל את המחיר הסופי של הקמת המתקן רק בשיעור קטן.

עם זאת, חברות פֶּרוֹבְסקיט יכולות להסתמך על ההוזלות הקטנות האלה ולתכנן מוצרים יעילים יותר מתאי סיליקון. לוח סולרי מפֶּרוֹבְסקיט בעל יעילות גבוהה יפחית את עלות ההתקנה לוואט מפני שהוא יחסוך בשטח הקרקע או הגג הדרוש ולכן גם יפחית את העבודה והציוד. דוגמה יצירתית אף יותר לשינוי כללי המשחק, היא למכור מוצרי פֶּרוֹבְסקיט לשימושים שסיליקון אינו יכול להתחרות בהם, כמו שכבות שישתלבו בתוך חומרי הבניין בקירות, בגגות ובחלונות.

 הפתרון המשולב

עתה היא ההזדמנות של הפֶּרוֹבְסקיט להגיע לשוק לא כמתחרה בסיליקון אלא כבן בריתו. מוצרי פֶּרוֹבְסקיט יוכלו "לרכוב", ממש, על גבי הצלחת הסיליקון, וכך להשיג כניסה לשוק של 50 מיליארד דולר.

השילוב יכול להתרחש על ידי הוספה של שכבת פֶּרוֹבְסקיט היישר מעל לשכבת הסיליקון ויצירת תא סולרי דו-שכבתי (תא טַנדֶם). פֶּרוֹבְסקיט מצטיין בהמרה של אור שמש באורכי הגל בעלי האנרגיה הגבוהה יותר, כמו כחול ואולטרה-סגול, שהסיליקון כושל בלכידתם, וכך מאפשר לייצר מתח חשמלי גבוה יותר. חוקרים באוניברסיטת סטנפורד וב-MIT, ערמו לאחרונה תא פֶּרוֹבְסקיט מעל תא סיליקון אטום והעלו את היעילות מ-11%, הערך המקורי של סיליקון, ל-17%. הם גם בנו תא דו-שכבתי על ידי הנחת שכבה של פֶּרוֹבְסקיט על גבי שכבת סיליקון לא אטומה, ובכך יצרו מבנה יחיד. הצירוף הגיע ליעילות של 14% בלבד, אבל אין ספק שהערך הזה יעלה עם הכנסת שיפורים בייצור. על בסיס שני הניסויים האלה, סרטטו החוקרים תסריט שעל פיו אם ישלבו באמצעות שיטות ההנדסה המשוכללות ביותר את רכיבי הסיליקון והפֶּרוֹבְסקיט היעילים ביותר, יהיה אפשר להגיע ליעילות של יותר מ-30%, ללא שינוי ניכר באף אחת משתי הטכנולוגיות.

אם לוחות סולריים דו-שכבתיים יגיעו ליעילות של 30%, ההשפעה על מאזן המערכת תהיה אדירה. די בשני שלישים ממספר הלוחות כדי להגיע לאותו הספק של לוחות שיעילותם 20%. פירושו של דבר הפחתה ניכרת בשטח הגגות או בשטח הקרקע, בכמות החומרים להקמה ובכמות העבודה והציוד. החברה שסניית' השתתף בהקמתה, Oxford Photovoltaics, משתפת פעולה עם יצרני סיליקון, כדי להגביר את יעילות תאי הסיליקון באמצעות ציפויים בפֶּרוֹבְסקיט. החברה מתעתדת ליצר ב-2015 אב-טיפוס של תא דו-שכבתי. בהמשך מתכוונת החברה לשלב ציפויים סולריים זולים בחומרי קירוי וזיגוג, שיוכלו לשנות מן היסוד את מבנה העלות של בניינים המופעלים באנרגיה סולרית.

 ריצה לאחור

ההתפתחות המהירה של תאי פֶּרוֹבְסקיט סולריים עוררה מדענים ומהנדסים לייצר עוד מוצרים ראשוניים, שאולי יגיעו לשוק ביום מן הימים. לאחרונה ייצרנו, בשיתוף פעולה עם עמיתינו באוניברסיטת קיימברידג', דיודות פולטות אור (LED) ולייזרים באמצעות תרכובת של מתכת הלידית בפֶּרוֹבְסקיט. ההתקנים האלה פולטים אור (במקום לבלוע אותו) ביעילות רבה בתהליך הקרוי נהורנות (לוּמינסֶנציה).

התפנית הזאת אינה מפתיעה כלל. כשמפעילים את התא הסולרי היעיל ביותר בעולם, גָליוּם ארסֶניד (GaAs), בכיוון ההפוך הוא פועל כ-LED. התקני LED ולייזרים, שאפשר לייצרם במדפסת, יוכלו להוביל לשימושים מרתקים, מתאורה בקנה מידה גדול ועד הדמיות רפואיות.

המחקר בכיוון מוצרים כה חדשניים מצוי עדיין בשלב מוקדם ביותר, כמובן. אבל אנחנו סבורים שהוא ייעשה מקובל יותר. חומרים המבוססים על פֶּרוֹבְסקיט גורמים למדענים להרגיש כמו ילדים בחנות ממתקים. מצאנו חומר שתכונותיו מאפשרות לנו להגשים כל פריט ברשימת המשאלות שלנו: יעילות גבוהה, עלות נמוכה, קלות משקל, גמישות ומראה נאה. כדי להגשים במלואו את הפוטנציאל הגלום בפֶּרוֹבְסקיט, על האקדמיה, התעשייה והממשלות לשתף פעולה, באופן גלובלי ומתואם, ולנוע מעבר לעידן הסיליקון. אבל אם תחשבו על התוצאה, אנרגיה זולה ונקייה והדור הבא של מכשירים אלקטרוניים, נראה שפֶּרוֹבְסקיט הוא הימור בטוח.

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

5 תגובות

  1. יופי של בשורה. למרבה המזל האוצר וחברת החשמל כרגע חוסכים כסף ציבורי.
    אין שום בעיה בלהתקין כמה תאים סולרים שתרצה רק לדחוף חשמל לחברת חשמל במינון הלא מתאים, בזמנים הלא נכונים ובתעריף מופקע נחסך מאיתנו.

  2. ישראל צריכה להשקיע יותר בננו טכנולוגיה(יש עודפים בתקציב,הם לא ילכו לבריאות.אלה לביטחון).בעזרת ננו טכנולוגיה תעשיה מסורתית יכולה להפוך לחדשנית(כמו שנכתב על שילוב חומרים בפנלים של סיליקון).מאחר וה"קמג אוחזת בכור אטומי זקן(דימונה),כדאי להפוך את דימונה למכון ויצמן של הננו טכנולוגיה.צריך כור חדש,ואני סבור שכדאי הצתרף לאמנה למניעת נשק גרעיני,וכך להפתר מנשק ישן ולא בטוח,לבנות כור חדש ,ולחדש מחקר אטומי.אם נרצה לחדש את ארסנל הנשק,אז הייה לנו כור חדש,ונשק מדור חדש.

  3. יופי של בשורה. למרבה הצער האוצר וחברת החשמל
    מתנכלים לאזרחי ישראל ומונעים פריסת תאים סולרים
    (ממש כמו שחייבו עמדות הטעינה הנשלטת למכוניות
    היברידיות) ולכן עבור אזרחי ישראל מדובר במדע בדיוני….

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן