מדענים מתכננים תא סולרי שלוכד כמעט את כל האנרגיה של הספקטרום הסולרי

לתכנון החדש, שממיר אור שמש ישיר לחשמל עם נצילות של 44.5 אחוז, יש פוטנציאל להיות התא הסולרי היעיל ביותר בעולם.

חוקר מאוניברסיטת ג'ורג' וושינגטון עזר לתכנן ולבנות אב טיפוס של תא סולרי חדש המשלב תאים מרובים שמוערמים להתקן אחד שיכול ללכוד כמעט את כל האנרגיה של הספקטרום הסולרי.
לתכנון החדש, שממיר אור שמש ישיר לחשמל עם נצילות של 44.5 אחוז, יש פוטנציאל להיות התא הסולרי היעיל ביותר בעולם.

הגישה שונה מהפנלים הסולריים שרואים בדרך כלל על גגות או בשדות. בהתקן החדש משתמשים בפנלים עם רכז פוטו-וולטאי (פ"ו) עם עדשות שמרכזות קרני שמש על תאים סולריים זעירים בגודל מיקרו. בגלל הגודל הקטן שלהם — פחות ממילימטר רבוע אחד — אפשר לפתח באופן משתלם תאים סולריים שמשתמשים בחומרים יותר מתוחכמים.

המחקר, "תאים סולאריים מבוססי גליום אנטימון לקצירת האנרגיה של הספקטרום הסולארי המלא", פורסם בכתב העת "חומרי אנרגיה מתקדמים".

התא המוערם פועל כמעט כמו נפה לאור השמש, והחומרים המיוחדים בכל שכבה סופגים את האנרגיה של קבוצה ספציפית של אורכי גל, אמר מתיו לאמב, המחבר המוביל של המחקר ומדען מחקר בבית הספר להנדסה ומדע שימושי. כשהאור עובר דרך כל הערימה, קצת פחות ממחצית האנרגיה הזמינה מומרת לחשמל. לשם השוואה, התא הסולרי הכי נפוץ כיום ממיר רק רבע מהאנרגיה הזמינה לחשמל.

"בסביבות 99 אחוז מהאנרגיה שמכיל אור השמש הישיר שמגיע אל פני כדור הארץ הוא בין אורכי הגל 250 ננומטר ו-2,500 ננומטר, אבל החומרים הרגילים של תאים סולריים עם צמתים מרובים ונצילות גבוהה לא יכולים ללכוד את כל התחום הספקטרלי הזה", אמר ד"ר לאמב. "ההתקן החדש שלנו מסוגל לשחרר את האנרגיה שאצורה בפוטונים עם אורך גל ארוך, שהולכים לאיבוד בתאים סולריים רגילים, ולכן מאפשר מסלול למימוש התא הסולארי עם צמתים מרובים האולטימטיבי".

המדענים עובדים על פיתוח תאים סולריים יותר יעילים כבר שנים, אבל לגישה הזאת יש שני היבטים חדשניים. היא משתמשת במשפחה של חומרים שמבוססים על מצעי גליום אנטימון (GaSb), שבדרך כלל מוצאים אותם ביישומים של גלאי אור ולייזר אינפרא אדום. את התאים הסולריים מבוססי GaSb אלה מרכיבים לתוך מבנה מוערם יחד עם תאים סולריים עם נצילות גבוהה שגודלו על מצעים רגילים ולוכדים פוטונים סולריים עם אורכי גל קצרים יותר. בנוסף, בתהליך העירום משתמשים בטכניקה בשם הדפסת העברה, שמאפשרת הרכבה תלת מימדית של ההתקנים הזעירים האלה עם דיוק גבוה.

התא הסולרי הספציפי הזה מאוד יקר, אבל החוקרים מאמינים שהיה חשוב להראות את הגבול העליון של מה שאפשרי מבחינת נצילות. למרות העלויות העכשוויות של החומרים הכלולים, הטכניקה שבה השתמשו ליצירת התאים נראית מבטיחה, אומרים החוקרים. בסופו של דבר אפשר יהיה להביא לשוק מוצר דומה שיתאפשר על ידי הפחתת עלויות בגלל רמות מאוד גבוהות של ריכוז סולרי וטכנולוגיות למיחזור מצעי הגידול היקרים.
המחקר מסתמך על ההתפתחויות שנעשו בתוכנית MOSAIC, פרויקט מחקר של 24 מיליון דולר שמומן על ידי הסוכנות לפרויקטי מחקר מתקדמים – אנרגיה שמממנת 11 צוותים נפרדים ברחבי ארצות הברית שעוסקים בפיתוח טכנולוגיות ורעיונות שיחוללו מהפכה בביצועים הפ"ו ויפחיתו עלויות. המימון של מחקרים מסוג זה חיוני לפיתוח של טכנולוגיות מסחריות בנות קיימא בעתיד, אומרים החוקרים.

להודעה של החוקרים

למאמר המדעי