אנרגיה סולארית: כיצד "השמש ברזנט" עיצוב מאי לרתום את כוחו של השמש

פוטנציאל הפקת האנרגיה של פאנלים סולאריים - והגבלה מרכזית על השימוש בהם - היא תוצאה של מה שהם עשויים. לוחות של סיליקון יורדים במחיר כזה כי במקומות מסוימים הם יכולים לספק חשמל שעולה בערך כמו דלק מן דלקים מאובנים כמו פחם וגז טבעי. אבל פאנלים סולאריים סיליקון הם גם מגושם, נוקשה, שביר, ולכן הם לא יכולים לשמש רק בכל מקום.

בחלקים רבים של העולם שאין להם חשמל קבוע, פאנלים סולאריים יכולים לספק אור קריאה לאחר החושך והאנרגיה לשאוב מי שתייה, לסייע בעסקים קטנים או מבוססי כפר, או אפילו לשרת מקלטים חירום מחנות הפליטים. אבל שבריריות מכנית, כבדות, וקשיים התחבורה של פאנלים סולאריים סיליקון עולה כי סיליקון לא יכול להיות אידיאלי.

בהתבסס על עבודתם של אחרים, קבוצת המחקר שלי פועלת לפיתוח פאנלים סולאריים גמישים, שיהיו יעילים כמו לוח סיליקון, אך יהיו רזים, קלים, וניתנים לכיפוף. זה סוג של מכשיר, שאנו מכנים "ברזנט השמש", יכול להיות פרוש בגודל של החדר וליצור חשמל מהשמש, וזה יכול להיות מגולגל עד להיות בגודל של אשכולית וממולא תרמיל כמו הרבה פעמים בלי הפסקה. אמנם יש כבר כמה מאמץ לעשות תאים סולריים אורגניים יותר גמישה פשוט על ידי הפיכתם אולטרה דק, עמידות אמיתית דורש מבנה מולקולרי שגורם פאנלים סולאריים stretchable וקשה.

סיליקון סמיקונדקטורס

הסיליקון נגזר מחול, מה שהופך אותו לזול. והדרך שבה האטומים שלו ארוזים בחומר מוצק הופכת אותו למוליך למחצה טוב, כלומר, המוליכות שלו ניתנת להפעלה וכיבוי באמצעות שדות חשמליים או אור. בגלל שזה זול ושימושי, סיליקון הוא הבסיס של שבבים מעגלים במחשבים, טלפונים ניידים, ובעצם כל אלקטרוניקה אחרים, העברת אותות חשמליים ממרכיב אחד למשנהו. הסיליקון הוא גם המפתח ביותר פאנלים סולאריים, כי זה יכול להמיר את האנרגיה מן האור חיובי חיובי שלילי. חיובים אלה זורמים לצדדים הנגדיים של תא סולארי וניתן להשתמש בהם כמו סוללה.

אבל התכונות הכימיות שלו גם אומר שזה לא יכול להיות אלקטרוניקה גמישה. הסיליקון אינו סופג אור ביעילות רבה. פוטונים עשויים לעבור דרך לוח סיליקון דק מדי, כך שהם צריכים להיות עבים למדי - סביב 100 מיקרומטר, על עובי של שטר דולר - כך שאף אחד האור לא הולך לבזבז.

הדור הבא של מוליכים למחצה

אבל חוקרים מצאו מוליכים למחצה אחרים כי הם הרבה יותר טוב לקלוט אור. קבוצה אחת של חומרים, המכונה "perovskites", ניתן להשתמש בהם כדי להפוך תאים סולאריים כי הם כמעט יעיל כמו אלה סיליקון, אבל עם שכבות קליטת אור כי הם אלפית עובי צורך עם סיליקון. כתוצאה מכך, החוקרים עובדים על בניית תאים סולאריים perovskite שיכולים כוח מטוס ללא טייס קטן והתקנים אחרים שבהם הפחתת משקל הוא גורם מפתח.

פרס נובל בכימיה לשנת 2000 הוענק לחוקרים שמצאו לראשונה שהם יכולים לייצר סוג אחר של מוליך למחצה דק במיוחד, הקרוי פולימר מוליך-למחצה. סוג זה של חומר נקרא "מוליכים למחצה אורגניים" משום שהוא מבוסס על פחמן, והוא נקרא "פולימר" משום שהוא מורכב מרשתות ארוכות של מולקולות אורגניות. מוליכים למחצה אורגניים הם כבר בשימוש מסחרי, כולל בתעשייה מיליארד דולר של דיודות אורגניות פולטות אור דיודות, הידועים יותר כמו טלוויזיות OLED.

מוליכים למחצה פולימרים אינם יעילים בהמרת אור השמש לחשמל כמו perovskites או סיליקון, אבל הם הרבה יותר גמישה ועמידות בלתי רגילה. פולימרים רגילים - לא אלה המוליכים למחצה - נמצאים בכל מקום בחיי היומיום. הן המולקולות המרכיבות מרקם, פלסטיק וצבע. מוליכים למחצה פולימר להחזיק את הפוטנציאל לשלב את המאפיינים האלקטרוניים של חומרים כמו סיליקון עם תכונות פיזיות של פלסטיק.

המיטב של שני העולמות: יעילות ועמידות

בהתאם למבנה שלהם, פלסטיק יש מגוון רחב של תכונות - כולל גמישות הן, כמו עם ברזנט; ואת קשיחות, כמו לוחות הגוף של כמה מכוניות. פולימרים מוליכים למחצה יש מבנים מולקולריים נוקשה, ורבים מורכבים גבישים זעירים. אלה הם המפתח המאפיינים האלקטרוניים שלהם, אבל נוטים להפוך אותם שבירים, אשר אינה תכונה רצויה עבור פריטים גמישים או נוקשה.

העבודה של הקבוצה שלי התמקדה בזיהוי דרכים ליצירת חומרים עם שני תכונות מוליכות למחצה טוב פלסטיק עמידות ידועים - אם גמישה או לא. זה יהיה המפתח לרעיון של השמש ברזנט או שמיכה, אבל יכול גם להוביל חומרי קירוי, אריחי הרצפה בחוץ, או אולי אפילו את המשטחים של כבישים או חניונים.

עבודה זו תהיה המפתח לרתום את העוצמה של אור השמש - כי, אחרי הכל, את אור השמש מכה את כדור הארץ בשעה אחת מכיל יותר אנרגיה מאשר כל האנושות משתמשת בשנה.

מאמר זה פורסם במקור על השיחה על ידי דארן ליפומי. קרא את המאמר המקורי כאן.