מדענים מאוניברסיטת סטנפורד חולמים ליצור תאים פוטו-וולטאים דקים ויעילים יותר תודות למבנה חדש וייחודי עבור המוליכים למחצה
המרתה ואגירתה של אנרגיה סולארית הם כנראה מתחומי המחקר החמים ביותר (תרתי משמע) בעולם המדע כיום – מאות, וכנראה גם אלפי קבוצות שמורכבות מטובי המדענים והחוקרים עומלות בימים אלו ממש על פיתוח ופיצוח השיטה שתאפשר לנו לעשות שימוש יעיל יותר במקור אנרגיה העצום והבלתי נדלה הזה.
הפעם, נספר לכם על קבוצת חוקרים מאוניברסיטת סטנפורד השוכנת בקליפורניה שמצאה דרך ליישם מהוד אופטי בעל אפקט ייחודי המכונה גם "גלריית לחישות" (whispering gallery, שם שבא ממאפייניו עבור גלי קול), בו גל מבצע התאבכות בונה עם עצמו, עבור תאים פוטו-וולטאים – תאים סולאריים ליצירת אנרגיה.
עבור גלי קול, תהודת "גלריית לחישות" מאפשרת שמיעתם של צלילים במרחקים ארוכים במיוחד תודות לכך שאנרגיית הגל אינה מתפזרת לכל הכיוונים. עבור אור, מאפשרת תהודה זו את "כליאתו" של אור במהוד והגדלתה של עוצמת האור באופן ניכר – האפקט הספציפי אותו ניצלו החוקרים מסטנפורד לטובתם במקרה זה.
"גלריית לחישות" – הצעקה האחרונה בעולם האנרגיה הסולארית? |
החוקרים יצרו שכבה של "ננו קליפות" (nano shells) סיליקון חלולות וזעירות המשמשות כמהודים עבור האור שמגיע אליהן, כולאות אותו ומאפשרות שיפור משמעותי בכמות האנרגיה המומרת.
המחשה ל"גלריית לחישות" אופטית |
במצבו הרגיל, סיליקון אינו מצטיין בקליטת אור, מה שהביא את חזית עולם התאים הפוטו-וולטאים לחפש פתרונות יעילים יותר בשכבות רבות של סיליקון או במוליכים למחצה אחרים אשר במרבית המקרים היו יקרים ונדירים יותר (אחרי הכל, הצורן ממנו עשוי הסיליקון הוא היסוד השני הנפוץ ביותר בכדור הארץ), מה שהקשה והאט את הפיתוח בתחום.
אנשי סטנפורד מאמינים כי הסתמכות על "ננו קליפות" תאפשר את יצירתן של תאים פוטו-וולטאים דקים ויעילים יותר מאי פעם, שידרשו פחות חומר ויוכלו להיות גם זולים יותר מן התהליכים הנפוצים כיום.
צוות המדענים הוכיח את הנצילות המשופרת של משטח "ננו קליפות" יחיד לעומת משטח סיליקוני "פשוט", כאשר בשימוש בשלוש שכבות של "ננו קליפות" שכאלו הצליחו החוקרים להגיע לספיגה של לא פחות מ-75 אחוז מכלל האור עבור אורכי גל מסויימים, נתון מרשים עד מאוד.
יצירתן של אותן "ננו קליפות" הוא תהליך שכולל מספר שלבים – כדורי סיליקה (תרכובת סיליקונית נפוצה שממנה מורכבת, בין היתר, זכוכית) צופו בשכבת סיליקון דקה, כששימוש בחומצת פלואור מימית לאחר מכן איפשרה להעלים את הסיליקה ולקבל את התוצר הסופי, ספירות סיליקון זערוריות.
לא מדובר כנראה בתהליך הייצור הפשוט ביותר עלי אדמות, אולם השימוש בכחמישה אחוז חומר בלבד לעומת שכבות סיליקון "מלאות" בעובי דומה יביא לחסכון בעלויות ויאפשר את יצירתם של תאים פוטו וולטאים קלים, דקים, יעילים יותר ואפילו גמישים – מה שאמור לשכנע את אנשי התעשייה שכדאי להשקיע בפיתוח הטכנולוגיה המדוברת הלאה.
כרגיל, ניתן להעריך שיעברו מספר שנים עד אשר נוכל לראות טכנולוגיה שכזו מתקרבת ליישום מסחרי, אבל אנחנו אופטימיים בהחלט – מי יודע, אולי עוד כמה שנים תאים פוטו וולטאים יהיו חלק בלתי נפרד מחיינו ומכל מכשיר שלנו, ולא נזכור איך בכלל הסתדרנו בלעדיהם.