ציפוי מיוחד משפר באופן משמעותי את יעילות תאי-השמש

צוות חוקרים מאוניברסיטת נורת'ווסטרן הצליח להגביר את המתח החשמלי של התא בכארבעים אחוזים ואת יעילות ההמרה משלושה עד ארבעה אחוזים ל 5.2-5.6 אחוזים

האנרגיה מהשמש המגיעה לשטח של כתשעה אחוזים בלבד ממדבר מוהבי בקליפורניה תוכל לספק את כל תצרוכת החשמל של ארה”ב אם רק תיאסף כראוי, זאת בהתאם למספר הערכות. למרבה הצער, טכנולוגיות של תאי-שמש מהדור הנוכחי הינן יקרות מדי ובלתי-מספקות לשם יישומים מסחריים בקנה-מידה נרחב.

צוות מחקר מאוניברסיטת נורת'ווסטרן פיתח תהליך חדיש לציפוי אנודי אשר מגביר באופן משמעותי את יעילות ההמרה של אנרגית-שמש לחשמל. מאמר בדבר מחקר זה, המתמקד בהינדוס ממשקים של אלקטרודות-חומרים אורגניים בתאי-שמש אורגניים פורסם בכתב-העת המדעי “Proceedings of the National Academy of Sciences”.

פריצת-דרך זו בהמרת אנרגיית-שמש מבטיחה לקדם את החוקרים בתחום ומפתחים בכל רחבי-העולם לעבר המטרה של ייצור תאי-שמש זולים, מסחריים וישימים יותר. טכנולוגיה כזו תפחית מאוד את התלות שלנו בשריפת דלקים מאובנים לשם ייצור חשמל וכן להפחית את תוצר השריפה: פחמן דו-חמצני – גז חממה המביא להתחממות כדור הארץ.

מבין הטכנולוגיות החדשות להמרת אנרגיית-השמש הקיימות באופק המחקרי, תאי-שמש המורכבים מחומרים אורגניים דמויי-פלסטיק הם המעניינים ביותר כיוון שהם יוכלו להתקבל בתהליך זול ומהיר בדומה לתהליך ההדפסה על עיתונים (roll-to-roll processing). עד עתה, סוג התא הפוטווולטי העשוי פלסטיק המוצלח ביותר קרוי “bulk-heterojunction cell”. תא זה מורכב משכבה המכילה תערוכת של פולימר מוליך-למחצה (תורם אלקטרון) ופולרן (מקבל אלקטרון) הכלואה בין שתי אלקטרודות – אלקטרודה מוליכה (האנודה, שהינה לרוב תחמוצת אינדיום המכילה בדיל) ומתכת (הקתודה, למשל חמרן).

“הפולרנים (,(Fullerenes שהתגלו ב-1985 על ידי רוברט קארל, הרולד קרוטו וריצ'רד סמולי מאוניברסיטת סאסקס ואוניברסיטת רייס, הם קבוצת אלוטרופים של פחמן הנקראים על שם האדריכל ריצ'רד באקמינסטר פולר. הפולרנים הם מולקולות פחמן טהורות וצורתם יכולה להיות כדורית (“כדורי באקי”), אליפטית או צינורית. פולרנים גליליים מכונים ננו-צינורות פחמניים, או צינורות-באקי. המבנה הכימי של הפולרנים דומה לזה של גרפיט , אך בניגוד לגרפיט הם עשויים לכלול גם טבעות מחומשות (או מתומנות) המונעות מהמולקולה כולה להיות מישורית.” – מתוך וויקיפדיה].

כאשר קרן אור פוגעת בשכבת הפולימר בתוך האלקטרודה המוליכה, זרם חשמלי נוצר בשל היווצרות של זוגות אלקטרונים וחורי-אלקטרונים הנפרדים ונודדים לקתודה והאנודה, בהתאמה. מטענים נודדים אלו הם הזרם החשמלי (זרם פוטוני) הנוצר בתא ונאגר באמצעות שתי האלקטרודות, בהנחה כי כל אחד מסוגי המטענים יכול לחצות בקלות את הממשק שבין שכבת הפולימר-הפולרן הפעילה והאלקטרודה המתאימה לו לשם העברת המטען – אתגר רציני ביותר.

החוקרים השתמשו בתהליך של רִבּוּץ (deposition) ע”י לייזר לשם ציפוי האנודה בשכבה דקיקה ביותר (בעובי של 5-10 ננומטרים) ואחידה ככל הניתן של תחמוצת ניקל. חומר זה הינו מוליך מעולה ליצירת חורי-אלקטרונים מהתא המוקרן, אך שווה ערך בחשיבות, הינו גם חוסם יעיל המונע מאלקטרונים “תועים” מלהגיע לאלקטרודה השגויה (האנודה) ובכך לפגוע משמעותית ביעילות המרת האנרגיה של התא. בניגוד לגישות מוקדמות יותר לציפוי אנודי, ציפוי תחמוצת הניקל של צוות המחקר הנ”ל זול, אחיד ובלתי-מאכל. במקרה של דגם ראשוני לתא הפלסטיק, צוות המחקר הצליח להגביר את המתח החשמלי של התא בכארבעים אחוזים ואת יעילות ההמרה משלושה עד ארבעה אחוזים ל 5.2-5.6 אחוזים. החוקרים ממשיכים עתה ומשפרים את שיטת הציפוי שלהם לשם יעילות מוגברת יותר של מעבר המטענים החשמליים ויצירת חורי-האלקטרונים.

להודעה לעיתונות