תאים סולאריים גמישים מסיליקון

חוקרים הדגימו שיטה חדשנית לייצור תאים סולאריים גמישים מצורן (סיליקון) שהינם יעילים יותר בעשרים וארבעה אחוזים מהתאים המוכרים כיום ועדיין ניתנים לגלגול כמו גליון נייר * הממצאים יוכלו לאפשר שימוש בתאים סולאריים ביישומים שהיום עושים שימוש בחלופות יקרות יותר של משטחים דקיקים

[תרגום מאת ד”ר משה נחמני]

צורן גבישי מתפקד בתור מוליך למחצה הכולל בתוכו פער פסים (bandgap) בלתי-ישיר, שמשמעו שהפוטון נע למרחק נוסף טרם היבלעו לכדי יצירת צמד אלקטרון-חור, זאת בחומרים ידועים, למשל, גאליום ארסניד או פֵּרוֹבְסְקִיטִ (perovskite). חוקרים רבים טוענים כי מבנים אלו אינם מתאימים ליצירת תאים סולאריים גמישים או כפופים. למרות זאת, חוקרים מהאוניברסיטה הלאומית של אוסטרליה בקנברה טוענים כי טיעון זה שגוי, וכי צורן דקיק עשוי ליצור תאים גמישים או כפופים הן על ידי ריווח יחידות התאים שבתוך תשתית גמישה או על ידי יצירת פערים במבנה. חוקרים ממכון שנגחאי למיקרו-מערכות וטכנולוגיות מידע, מהאקדמיה למדעים בסין, התחילו מפרוסות בעובי של 160 מיקרומטרים, תוך שימוש בתמיסה בסיסית מרוכזת על מנת לאכל את הפרוסה לכדי קבלת פרוסות בעוביים משתנים. פרוסה חלקה בעובי של 60 מיקרומטרים הייתה גמישה כמו פיסת נייר. למרבה הצער, לאור האופי המבריק של המשטח, הוא גם מחזיר כשלושים אחוזים מהאור המגיע אליו. לפיכך, החוקרים השתמשו בתמיסה בסיסית דלילה על מנת ליצור מבנים זעירים של פירמידות על פני השטח החיצוני. מבנים אלו מפחיתים באופן משמעותי את כושר ההחזרה, אולם גם מגבירים את השבריריות של החומר. “לאורך זמן רב, אנשים התקשו באיזון שבין כושר ההחזרה של האור אל מול הגמישות, מה שמסביר מדוע רוב אחוזי היעילות של תאים סולאריים המבוססים על צורן גבישי גמיש היו די נמוכים”, מסביר אחד מהחוקרים. 

באמצעות מצלמת וידאו סופר מהירה, החוקרים מצאו כי הסדקים מתחילים להיווצר תמיד בקצוות. לכן, החוקרים הסירו את המבנים שבקצוות על ידי טבילתם בתערובת חומצות. בעקבות כך, הפרוסות החזירו לעצמן את הגמישות. החוקרים מצאו כי האזורים החלקים פיזרו את הלחץ (stress), מה שאפשר לאזורים המחוספסים ליצור רשת של מיקרו-סדקים במקום שברים בדידים בנקודה מוגדרת. תאים סולאריים שנוצרו מפרוסות אלו הדגימו יעילות סולארית של למעלה מעשרים וארבעה אחוזים מאלו הקיימים כיום, תוך שימור יעילות זו גם לאחר בדיקות לחץ שונות. “זה היה ברור מאליו לחלוטין שהחריצים במבנה המשטח של פרוסת הצורן היוו חשש רב ומאמר זה הדגים זאת היטב והראה כי אם נפטרים מהמבנה המחוספס והקצוות אזי קצב השבירה פוחת משמעותית”, אמר אחד מהמומחים בתחום.

מסבירה אחת מהחוקרות מהולנד: “הולנד היא מדינה מאוכלסת מאוד, ועלינו לנצל את התשתיות והמבנים שכבר קיימים במדינה עבור ניצול של אנרגיה סולארית. אמת היא שהשוק עבור תאים גמישים הוא קטן כרגע, אולם נעשים מאמצים רבים באירופה ובאסיה להגדיל את השוק הזה”. היא מוסיפה ואומרת כי היא סבורה “שהכותבים של המאמר לא השקיעו מספיק בכדי להסביר כמה מנגנון זה חשוב”, תוך שהיא מציינת שהגברת הגמישות של התאים תוכל להפחית את הצורך בכימוסם (encapsulate) בזכוכית כבדה, ובכך תאפשר התקנתן של יריעות סולאריות גמישות באופן בטוח על גבי גגות וחלונות בבניינים.  

המאמר המתאר את המחקר