קבוצת חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה הדרומית הכינה שכבות גמישות ושקופות המבוססות על אטומי פחמן שטמונה בהן יכולת גבוהה לשמש כסוג חדשני של תאים סולאריים.

"תאים פוטווולטאים אורגניים (Organic photovoltaic cells, OPV) מוצגים כאמצעים לחיסכון באנרגיה בזכות פשטות הפקתם, קלות משקלם והתאמתם הגבוהה לחומרים גמישים," כתב Chongwu Zhou, פרופסור להנדסת אלקטרוניקה מאוניברסיטת קליפורניה הדרומית, במאמר שפורסם בכתב-העת המדעי ACS Nano. השיטה המתוארת במאמר מהווה התקדמות של ממש לעבר תכנון חדשני של תאים מסוג זה שהינם בעלי יתרונות משמעותיים, בייחוד בהיבט של גמישות פיסית.

רכיב חיוני של כל התקן פוטו-אלקטרוני מסוג OPV הינו אלקטרודה מוליכה שקופה שבאמצעותה אור מסוגל להגיב עם חומרים פעילים לקבלת חשמל. המחקר החדש מצביע על כך שבגרפן, צורה מוליכה ושקופה ביותר של פחמן, המורכבת משכבות פחמן בעובי של אטום יחיד, טמונה יכולת ניכרת לשמש בתפקיד זה. למרות העובדה כי קיומו של גרפן ידוע מזה עשורים, מחקרו הנמרץ החל רק בשנת 2004, וזאת עקב הקושי לייצרו באיכות ובכמות גדולה. 

חוקרי מעבדתו של Zhou דיווחו לפני שלוש שנים על הפקה של שכבות גרפן בקנה-מידה גדול באמצעות שיטה המכונה "שיקוע אדים כימי" (chemical vapor deposition, CVD). באמצעות שיטה זו צוות המדענים הצליח להכין שכבות גרפן דקיקות במיוחד ע"י שיקוע ראשוני של אטומי פחמן בצורת שכבות גרפן על-גבי משטח ניקל מתוך גז מתאן.

בשלב הבא, הם מיקמו שכבת מגן תרמו-פלסטית ע"ג שכבת הגרפן, ואז המיסו את שכבת הניקל התחתונה בעזרת נוזל חומצתי. בשלב האחרון הם חיברו את שכבת הגרפן המוגנת בפלסטיק ליריעת פולימר גמישה, ואז שילבו אותה בתוך תא OPV. צוות המחקר הצליח לייצר שכבות גרפן/פולימר המשתרעות בגודלן עד לכדי שטח של 150 סמ"ר, ואלו ניתנות לשימוש לקבלת מערכים צפופים של תאי OPV גמישים.

תאי OPV ממירים את קרינת השמש לחשמל, אך יעילותם פחותה מזו של תאי צורן (סיליקון). האנרגיה הנוצרת ע"י אור-שמש ביום בהיר וחם הינה כאלף ואטים לכל מטר רבוע. "מכל אלף ואטים של קרינת שמש הפוגעת בשטח של מטר רבוע של תא סולארי מבוסס צורן, מתקבלים 14 ואטים של חשמל," מסביר אחד מהחוקרים. "תאים סולאריים אורגניים פחות יעילים; יעילות ההמרה שלהם עבור אותם אלף ואטים של קרינת השמש בתאים מבוססי-גרפן תביא לקבלת 1.3 ואטים בלבד."

אולם, תאי OPV מבוססי-גרפן מפצים, ואף יותר מכך, על חסרונם ביעילות באמצעות עלות נמוכה יותר וגמישות פיסית גבוהה יותר. החוקרים סבורים כי בסופו של דבר ניתן יהיה לייצר משטחים נרחבים המצופים בתאים סולאריים מסוג זה, בדומה לייצור של גלילי עיתונים ע"י מכבשי הדפסה.

"ניתן יהיה לתלות את המשטחים הללו כוילונות בבתים או אפילו לייצר מהם סיבים שישמשו כביגוד מייצר חשמל. אני יכול לדמיין לעצמי אנשים המספקים חשמל לטלפונים או להתקני המוסיקה/וידאו הניידים שלהם בעודם רצים ביום שמשי," הוא מוסיף.

החוקרים טוענים כי לתאים החדשים שלהם אמור להיות לפחות יתרון משמעותי אחד אל מול העיצוב המתחרה של תאי OPV המבוססים על תחמוצת אינדיום-בדיל (Indium-Tin-Oxide, ITO). בניסויים שנערכו במעבדתם, טוענים החוקרים, תאי ITO כשלו לאחר כיפוף בזווית קטנה, בעוד שהתאים שלהם נותרו פעילים גם לאחר כיפופים חוזרים ונשנים בזויות מתיחה גדולות יותר. ממצא זה יעניק לתאים סולאריים מבוססי-גרפן יתרון מכריע במספר יישומים, בכללם אריגים "מודפסים", כפי שהציעו החוקרים.

המאמר מסכם וטוען שהגישה החדשנית מהווה התקדמות משמעותית לעבר הייצור של אלקטרודות מוליכות שקופות בתאים סולאריים. "שיקוע אדים כימי של גרפן עונה על רוב התנאים החשובים הנדרשים להחלפת תחמוצת אינדיום-בדיל ברכיבים פוטווולטאים אורגניים, בכללם: תפוצה גבוהה, עלות נמוכה, מוליכות, יציבות, התאמה לרכיבים אורגניים וגמישות פיסית, אשר אמורים להוביל לפיתוח יישומים חשובים בהתקנים אופטו-אלקטרוניים אורגניים עתידיים."      

הידיעה מהאוניברסיטה

הפוסט רכיבים פוטווולטאים מבוססי גרפן יהיו זולים וגמישים מתאים מבוססי סיליקון הופיע לראשונה ב-Chiportal.

חברת Recurrent Energy, יצרנית כוח עצמאית ומפתחת פרויקטים לאנרגיה סולארית, הכריזה על הסכם לפיתוח משותף עם חברת Greensol Alternative Energy, מפתחת ישראלית של מערכות לאנרגיה סולארית – למימון, הקמה והפעלה של תחנות כוח סולאריות פוטו-וולטאיות (PV) מבוזרות, על גגות ועל קרקע.

עם המומחיות של Greensol בפיתוח מקומי בישראל, ועם הניסיון העולמי של Recurrent Energy במימון ותכנון של תחנות כוח פוטו-וולטאיות מבוזרות – ובכלל זה פרויקטים דוגמת 4.8 MW בברצלונה ובמדריד שבספרד (4.8 MW in Barcelona and Madrid); 60 MW בצפון קליפורניה שבארה"ב (60 MW in Northern California); ו-177 MW באונטריו שבקנדה (177 MW in Ontario) – יוכלו בעלים של קרקעות מסחריות או תעשייתיות בישראל להחכיר שטחים בלתי מנוצלים על גגות או על קרקע כאתרים למערכות של אנרגיה סולארית.

"ההסכם לפיתוח משותף עם Greensol מציין את החדירה של Recurrent Energy לשוק הישראלי של האנרגיה הסולארית, אשר צומח במהירות" אמר קארל נייט, מנהל לפיתוח בינלאומי בחברת Recurrent Energy. "עם המשאבים הסולאריים האטרקטיביים והיתרונות הרבים של התוכניות הסולאריות באירופה, הפוטנציאל של הפרויקטים בישראל גבוה".

במסגרת ההסכם תקדם Greensol הזדמנויות לפיתוח פרוייקטים של אנרגיה סולארית על גגות ועל קרקעות, בקיבוצים, במושבים ובערים בישראל. Recurrent Energy תממן ותפעיל את המערכות לאנרגיה סולארית שיהיו בבעלותה לאחר שייחתמו ההסכמים. תמורת החשמל שיופק ממקורות מתחדשים באמצעות תחנות הכוח המבוזרות ויוזן לרשת החשמל המקומית, תקבל Recurrent Energy תשלום לפי התעריף שנקבע ובהתאם למדיניות הישראלית לאנרגיה מתחדשת. החברות Recurrent Energy ו-Greensol מחויבות לשתף פעולה ב-50 ה – MW הראשונים של הפרויקטים המשותפים במשך שלוש שנים. לפי שעה לא פורסמו פרטים על ספקיות ציוד, אתרים מסוימים, תנאים כספיים והשלכות כלכליות.

"הניסיון שצברו אנשי Recurrent Energy בפרויקטים של תחנות כוח מבוזרות על גגות ועל פני הקרקע משפר את היכולת שלנו לפתח פרויקטים במסגרת התעריף הסולארי בסדר גודל בינוני בישראל" אמר שלמה אריאל, מנכ"ל Greensol. "ההסכם לפיתוח משותף יאיץ את מימוש הפרויקטים המתוכננים".

הפוסט החברות Recurrent Energy ו-Greensol חתמו על הסכם לפיתוח משותף של פרויקטים בתחום האנרגיה הסולארית בישראל – על גגות ועל קרקע הופיע לראשונה ב-Chiportal.

הפיתוח של טכנולוגיית תא סולארי זול וזמין מבוסס-פלסטיק הגיע לדרך ללא מוצא בשל בעיית הדליפה הכימית בתוככי גוף אב-הטיפוס. הציפוי הכימי שעל האלקטרודה היה בלתי-יציב והתפזר בתוך המעגל החשמלי שבתא.

צוות המדענים, בראשותו של חוקר הכימיה David Rider, פיתח ציפוי פולימרי עמיד יותר עבור האלקטרודה. האלקטרודות הן רכיב מפתח בתחום של אנרגיה סולארית מאחר והן האחראיות לזרימת החשמל שבתא. עד לפיתוחו של הציפוי הפולימרי החדשני של החוקרים, התא הסולארי מבוסס- הפלסטיק היה מסוגל לפעול במתח גבוה למשך עשר שעות בלבד.

התא הסולארי החדש הצליח לפעול במתח גבוה למשך 500 שעות – כך לפי המאמר המתאר את הממצאים ואשר פורסם בכתב-העת המדעי Advanced Functional Materials. בנוסף, התא המשיך לפעול עוד שבעה חודשים. הצוות טוען כי המערכת הפסיקה לפעול כאשר היא ניזוקה במהלך העברתה בין מעבדות.

הפוסט תאי שמש בעלי משך חיים ארוך יותר: מפלסטיק במקום מסיליקון הופיע לראשונה ב-Chiportal.

יצרנים הווייפרים MEMC ממשיכה להשקיע בתחום אנריגת השמש. החברה רכשה מניות באברסול, יצרנית וויפרים המשמשים לתאי שמש, ספקית שירותים בתחום אנרגית השמש סאן אדיסון, והשקיעה בספק אחר.

בעוד המעבר של MEMC  לצד של החומרים הוא הגיוני, אך מדוע שמש? MEMC  לא חזקה בתחום הסולארי. במשך שנים החברה ייצרה ומכרה מוצרי פולי-סיליקון לתעשיית תאי השמש, והיא אחת הספקיות המובילות בתחום הווייפרים לתעשיית המעגלים המודפסים.

אנליסטים סבורים כי העסקה עם סאן אדיסון אינה טומנת בחובה הגיון. MEMC היא יצרנית חומרי גלם, ההתמחות האמיתית של החברה כוללת פיתוח ושיווק ווייפרים ופולי-סיליקון. לחברה מספיק צרות בעסקי הליבה שלה. לחברה מוצרים טובים, אך במשך זמן מה היא צברה מוניטין גרוע בשל שירות לקוחות גרוע. בשל כך פרש בשנה שעברה נאביל גאריב, מנכ"ל ונשיא החברה. יתכן שהתרבות הארגונית של החברה ושירות הלקוחות השתפרו עם בואו של אחמד צ'אטילה, הנשיא והמנכ"ל החדש שהצטרף לחברה השנה.

צ'אטילה הגיע ל-MEMC מחברת סייפרס סמיקונדקטור, שם שימש כסגן נשיא בכיר חאראי על חטיבת הזכרון וההדמיה,  ומנהל הייצור הגלובאלי. סייפרס עצמה היא מתנגדת גדולה לתחום האנרגיה הסלולארית, והיא החליטה להפריד מתוכה את יצרנית תאי השמש סאן פאואר. כעת באופן אירוני MEMC מקווה לצבור נסיון בתחום שירותי השמש, דבר שאינו קשור לעסקי הליבה שלה. יש לשוק זה בסיס לקוחות שונה לגמרי עם צרכים טכנולוגיים שונים.

סאן אדיסון טוענת כי היא מפשטת את אנרגית השמש באמצעות ניהול הפיתוח, המימון, התפעול והניטור של תחנות כוח סולאריות לקוחות מסחריות, לרבות רשתות חשמל ארציות רבות, סוכנויות ממשלתיות וחברות תשתית. במבנה טיפוסי, סאן אדיסון מארגנת מימון להון חוזר מצד שלישי לבניית מתקנים וללקוח אין צורך להוציא כסף מראש.

רק הזמן יקבע אם האסטרטגיה הזו תפעל, לדעת אנליסטים מדובר בהימור במקרה הטוב. מצד שני, התפשטות לתחום אנרגית השמש הוא רעיון טוב בהתחשב בכך ששוק המעגלים המודפסים רווי.
MEMC ידעה רבעונים קשים ובעקבותיהם הודיעה על סגירת שני מפעלים בארה"ב ופיטורי כ-540 עובדים כדי לחסוך בעלויות.

הפוסט אנליסטים תוהים האם חברת MEMC לא שוגה בכניסתה לשוק תאי השמש הופיע לראשונה ב-Chiportal.