תאים סולאריים רב שכביים דקים במיוחד המבוססים על חומרים ננו-מבניים

מדענים בכל רחבי העולם נותנים תשומת לב רבה לשיפור מערכות ההמרה של אנרגיה סולארית. במאמץ להגביר את יעילותם ולהפחית ככל האפשר את עלות הייצור הישיר של לוחות סולאריים, החליטו מדענים ממכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס לנקוט בדרך להפחתת עובי תאי השמש.

הסוג החדש של הפאנלים יכול להתעלות על כל פתרונות כאלה, ומבחינת ייצור החשמל לקילוגרם של חומר המשמש הוא יהיה נחות רק מאורניום. לוחות כאלה יכולים להיות עשויים יריעות המקופלות בשכבות רבות. גרפן או דיסוליפיד מוליבדן, שעוביו הוא רק מולקולה אחת (ערימות של יריעות מונומולקולריות). מדענים טוענים כי גישה זו תהפוך בסופו של דבר לגישה הטובה ביותר להתפתחות האנרגיה הסולארית.

ג'פרי גרוסמן, עוזר פרופסור לאנרגיה במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס, אומר שלמרות תשומת לב רבה מצד מדענים החוקרים חומרים דו מימדיים כמו גרפן, הפוטנציאל של חומרים אלה לשימוש במערכות ממירים סולריות הוחלף לחלוטין בשנים האחרונות. התברר שהחומרים האלה לא רק טובים, אבל הם טובים מאוד בהתמודדות עם המשימה שהוטלה עליהם.

בטווח הארוך, שתי שכבות בעובי אטום אחד, כפי שהוצגו לצוות גרוסמן, יעניקו יעילות של 1-2%, והמיר את אנרגיית אור השמש לחשמל. זה נראה קטן לעומת יעילות של 15-20% אלמנטים מסיליקון מסורתייםעם זאת, חשוב לזכור שהתוצאה מושגת על ידי שימוש בחומרים דקים פי אלפי נייר רקמה.

סוללה דו-שכבתית בעובי של ננומטר 1 היא דקה במאות אלפי פעמים מזו של סיליקון רגיל, ולכן על ידי הנחת הסדינים הדקים ביותר בשכבות רבות, תוכלו להגדיל משמעותית ולחרוג מהיעילות הרגילה של תאים סולאריים. זה יוצר תחרות משמעותית על טכנולוגיה מבוססת, לטענת מחבריו של גרוסמן.

מקום בו המשקל הוא קריטי, כמו בחלליות, בתעופה, ואזורים בעולם המתפתח בהם עלויות ההובלה משמעותיות, יש כבר לאלמנטים קלים כאלה פוטנציאל גדול.

בהשוואה למשקל, הפאנלים הסולאריים החדשים יפיקו פי 1000 יותר אנרגיה מאשר סוללות קונבנציונאליות. יחד עם זאת, הרזה מהטכנולוגיה הקונבנציונאלית המיוצרת עד כה בתאי שמש עדיין עולה על המשקלים פי 50 ממשקלם.

זו לא רק קלות ההובלה, אלא גם קלות ההתקנה של הפאנלים, מכיוון שמחצית העלות של לוחות השמש כיום היא עלות המבנה התומך ומערכת החיבור והבקרה. ניתן להפחית מאוד עלויות אלה על ידי שימוש בעיצובים קלים יותר.

בנוסף, החומר עצמו זול בהרבה מסיליקון בעל הטוהר הנדרש, המשמש בתאי שמש סטנדרטיים, מכיוון שהיריעות כה דקות עד כדי כך שהם דורשים כמות קטנה מאוד של חומרי התחלה.

זו דוגמא מרשימה לאופן שבו חומרים ננו-מבניים יכולים להיות בסיס לעיצוב מכשירי האנרגיה האחרונים. החוזק המכני והגמישות של שכבות דקות אלה צפויות להיות גם גבוהות. מפתחים אומרים שזו רק ההתחלה של דור חדש של חומרים לאנרגיה סולארית.

מצד אחד דיסוליפיד מוליבדן ודיסלניד מוליבדן המשמשים בפרויקט זה הם רק שניים מהחומרים הדו מימדיים הרבים שניתן היה להשתמש בהם כאן, שלא לדבר על השילובים השונים שלהם לשימוש יחד.

החוקרים מאמינים כי יש ללמוד חומרים רבים, וכבר נוצרו התנאים להשתקפות. מדענים יכולים כעת להסתכל על חומרים אלה בדרך חדשה לחלוטין.

ולמרות שאין כרגע שיטות תעשייתיות לייצור דיסוליפיד מוליבדן ומוליבדן, זהו תחום של מחקר פעיל. ייצור זה נושא משמעותי, אך בעיה זו ניתנת לפיתרון.

יתרון נוסף של חומרים כאלה הוא יציבותם לטווח הארוך גם באוויר הפתוח, בעוד שחומרים סולאריים אחרים דורשים ציפוי מגן בשכבות זכוכית כבדות, שגם הן יקרות. למעשה, קיימת עמידות בפני חשיפה לאור ולחות אולטרה סגול וגם זה הופך את הפיתרון החדש לאמין ביותר.

עבודות ראשוניות כללו דוגמנות מחשבים של חומרים בלבד, אולם כעת קבוצת מדענים עושה ניסיונות לייצר את המכשירים עצמם. כמובן שזהו רק קצה הקרחון, מנקודת המבט של שימוש בחומרים דו מימדיים לייצור "אנרגיה נקייה", אומרים המדענים.

Comments

[#1 אנדי]

ביום אחד מהשמש נופלת על כדור הארץ פי 30 אלף יותר אנרגיה מכפי שכל כדור הארץ שלנו זקוק לו. לכן עם התקדמות טכנולוגית מסוימת, כאשר מדענים יכולים לשפר משמעותית את היעילות של תאים סולאריים ופאנלים סולאריים - אנרגיה סולארית תהפוך לצורת האנרגיה העיקרית! וזה יהיה בקרוב מאוד! תאים סולאריים מבוססי ננו-טכנולוגיה הם אחד התחומים העיקריים בפיתוח אנרגיה סולארית!