המחקר מתאר טנדם כל-פרוסקיט רומן סולרי תא בעל פוטנציאל לספק דרך זולה ויעילה יותר לרתום את האנרגיה של סאן לייצור חשמל
ההסתמכות שלנו על מקור בלתי מתחדש של אנרגיה המכונים דלקים מאובנים כמו פחם, נפט, גז השפיעו לרעה על האנושות והסביבה. שריפת דלקים מאובנים מוסיפה לאפקט החממה וגורמת להתחממות כדור הארץ, הורסת בתי גידול, גורמת לזיהום אוויר, מים וקרקע ומשפיעה על בריאות הציבור. יש צורך דחוף לבנות טכנולוגיה בת קיימא שיכולה לעזור כּוֹחַ העולם משתמש באנרגיה נקייה. אנרגיה סולארית טכנולוגיה היא שיטה אחת כזו שיש לה את היכולת לרתום את האור של סאן - מקור האנרגיה המתחדש השופע ביותר - ולהמיר אותו לאנרגיה חשמלית או כוח. הגורמים המועילים של סולרי אנרגיה במונחים של תועלת לבני אדם ולסביבה מילאה תפקיד מפתח בקידום השימוש סולרי אנרגיה.
סיליקון הוא החומר הנפוץ לייצור סולרי תאים ב פנלים סולאריים שזמינים היום בשוק. התהליך הפוטו-וולטאי של סולרי תאים יכולים להפוך את אור השמש לחשמל ללא שימוש נוסף בדלק. עיצוב ויעילות של סיליקון סולרי לוחות השתפרו משמעותית במשך עשרות שנים בשל התקדמות בייצור ובטכנולוגיה. היעילות הפוטו-וולטאית של א סולרי תא מוגדר כחלק מהאנרגיה שנמצא בצורת אור שמש וניתן להמיר אותו לחשמל. יעילות פוטו-וולטאית והעלויות הכוללות הם שני הגורמים המגבילים העיקריים סולרי פאנלים היום.
חוץ מסיליקון סולרי תאים, טנדם סולרי זמינים גם תאים שבהם נעשה שימוש בתאים ספציפיים המותאמים לכל חלק בספקטרום השמש ובכך מובילים לעלייה ביעילות הכוללת. חומר הנקרא פרוסקיטים נחשב לטוב יותר מסיליקון בקליטת פוטונים כחולים עתירי אנרגיה מאור השמש, כלומר חלק אחר מהספקטרום של השמש. פרוסקיטים הם חומר רב גבישי (בדרך כלל מתיל אמוניום עופרת טריהאליד (CH3NH3PbX3, כאשר X הוא אטום יוד, ברום או כלור). פרוסקיטים קלים לעיבוד לשכבות סופגות אור שמש. מחקרים קודמים שילבו סיליקון ופרובסקיטים לתאי שמש, כלומר על תאי הסיליקון. העליון שיכול לספוג פוטונים צהובים, אדומים וקרובים לאינפרא אדום יחד עם תאי פרוסקיט ובכך כמעט להכפיל את ייצור הכוח.
במחקר חדש שפורסם ב מדע ב-3 במאי חוקרים פיתחו לראשונה את כל התאים הסולאריים הטנדם של perovskites שנותנים יעילות של עד 25 אחוז. חומר זה נקרא עופרת-פח מעורבת סרט פרוסקיט בפס נמוך ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA עבור פורמידיניום ו-MA עבור מתיל אמוניום). לפח יש את החיסרון שהוא מגיב עם חמצן מהאוויר ויוצר פגמים בסריג הגבישי שיכול לשבש את תנועת המטען החשמלי ב סולרי תא ובכך מגביל את יעילות התא. חוקרים מצאו דרך למנוע מפח בפרוסקיט להגיב עם חמצן. הם השתמשו בתרכובת כימית בשם guanidinium thiocyanate כדי לשפר באופן משמעותי את התכונות המבניות והאופטו-אלקטרוניות של סרטי פרוסקיט מעורבים בפס נמוך של עופרת-פח. התרכובת guanidinium thiocyanate מצפה גבישי פרוסקיט ב- סולרי סופג סרט ובכך מונע מחמצן להיכנס פנימה להגיב עם פח. זה מיד משפר את היעילות של התא הסולארי מ-18 ל-20 אחוזים. כמו כן, כאשר חומר חדש זה שולב עם שכבת פרובסקיט עליונה בעלת ספיגה גבוהה בשימוש קונבנציונלי, היעילות עלתה עוד יותר ל-25 אחוזים.
המחקר הנוכחי מתאר לראשונה תכנון של תאים סולאריים טנדם המשתמשים בכל סרטי הפרובסקיט הדקים וטכנולוגיה זו תוכל יום אחד להחליף סיליקון בתאים סולאריים. החומר החדש הוא איכותי, זול וייצורו פשוט יותר בעוד העלות נמוכה בהשוואה לתאי טנדם סיליקון וסיליקון-פרוסקיט. פרוסקיטים הם חומר מעשה ידי אדם בהשוואה לסיליקון ופאנלים סולאריים מבוססי פרוסקיט הם גמישים, קלי משקל ושקופים למחצה. למרות שלחומר הנוכחי ייקח זמן מה לעלות על היעילות של טכנולוגיית סיליקון-פרוסקיט. עם זאת, לסרטים פולי-גבישיים מבוססי פרוסקיט יש פוטנציאל לתכנון תאים סולאריים טנדם שיכולים לספק יעילות של עד 30 אחוז תוך שמירה על גורמים אחרים ללא הפרעה. דרושים מחקרים נוספים כדי להפוך את החומר לחזק, יציב יותר וגם ניתן למיחזור כדי להפחית את ההשפעה על הסביבה. מגזר האנרגיה הסולארית הוא אחד הצומחים ביותר והמטרה הסופית היא לגלות אלטרנטיבה מבטיחה לאנרגיה נקייה.
***
{תוכל לקרוא את עבודת המחקר המקורית על ידי לחיצה על קישור ה-DOI המופיע להלן ברשימת המקורות המצוטטים}
מקור (ים)
Tong J. et al. 2019 משך חיים של נשאים של יותר מ-1 מיקרומטר ב-Sn-Pb perovskites מאפשרים תאים סולאריים טנדם-כל-perovskite יעילים. מדע, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
