לאחר שש שנים של פיתוח, ה-EV המופעל באמצעות אנרגיה סולארית של הסטארט-אפ הטכנולוגי ההולנדי, בשם 'ה-0', מוכן להופעת בכורה. רכב חדשני זה מתהדר ביכולת לעבור חודשים ללא צורך בטעינה מחדש, ומציב סטנדרט חדש ליעילות בתחבורה חשמלית. 

חוקרים מאוניברסיטת ליהי פיתחו חומר קוונטי חדש שיכול לחולל מהפכה משמעותית ביעילותם של פאנלים סולאריים. חומר חדשני זה, המשלב נחושת, גרמניום סלניד (GeSe) ופח גופרתי (SnS), הוכיח יעילות קוונטית חיצונית (EQE) של עד 190%. מספר זה חורג ממגבלות היעילות המקובלות, דבר המצביע על פריצת דרך שעלולה לשנות את קצירת האנרגיה הסולארית.

הבנת פריצת הדרך ביעילות

תאים סולאריים ממירים את אור השמש לחשמל, והיעילות שלהם נמדדת על ידי ה-EQE, שבאופן מסורתי מגיע ל-100%. יעילות 100% זו פירושה שכל פוטון של אור מייצר אלקטרון אחד של חשמל. עם זאת, החומר החדש שפותח ב-Lehigh משתמש במנגנון המכונה Multiple Exiton Generation (MEG), שבו פוטונים בעלי אנרגיה גבוהה יכולים לייצר יותר מאלקטרון אחד, ובכך לדחוף את היעילות אל מעבר ל-100% מחסום.

מה שמייחד את החומר הזה הוא השימוש שלו ב"מצבי פס ביניים" - רמות אנרגיה ספציפיות בתוך החומר שמשפרות את יכולתו להמיר אנרגיה סולארית. רמות האנרגיה הללו ממוקמות באופן אידיאלי לניצול פוטונים שתאים סולאריים רגילים מבזבזים. החומר מתחבר לטווח רחב יותר של ספקטרום השמש על ידי קליטת אור נוסף בספקטרום האינפרא אדום והנראה, ובכך מגביר את ייצור החשמל.

המדע שמאחורי החדשנות

 
סכימה של תא השמש בעל הסרט הדק עם CuxGeSe/SnS כשכבה הפעילה. קרדיט: Ekuma Lab / Lehigh University

הביצועים המרשימים של החומר נעוצים במניפולציה המבנית המדויקת ברמה המולקולרית. על ידי החדרת אטומי נחושת לשכבות של GeSe ו-SnS, החוקרים יצרו מבנה דו-ממדי קשור בחוזקה המאפשר אינטראקציות פוטון ייחודיות עם החומר. אינטראקציות אלו מתרחשות בתוך פערי ואן דר ואלס - מרווחים זעירים בין שכבות החומר שבהן שוכנים אטומי הנחושת.

באמצעות הדמיות ממוחשבות נרחבות ושיטות ניסוי, הצוות חידד טכניקה המאפשרת מיקום מדויק של אטומי נחושת, תוך מזעור השפעות לא רצויות כמו התקבצות, שעלולות לפגוע בביצועי החומר.

מבט קדימה: אתגרים והזדמנויות

פיתוח של חומר קוונטי חדש עם עד 190% יעילות קוונטית על ידי חוקרים מאוניברסיטת ליהי יכול לקדם משמעותית תחבורה המונעת על ידי שמש, כולל מכוניות, משאיות ואוטובוסים.

חומר פורץ דרך זה, המסוגל ללכוד ביעילות ספקטרום רחב של אור שמש, נותן מענה למגבלות הנוכחיות של כלי רכב המונעים על ידי שמש על ידי אספקת אנרגיה מספקת לנסיעות כבדות ולמרחקים ארוכים ללא הסתמכות על דלק מאובנים.

שילוב תאים סולאריים בעלי יעילות גבוהה אלה בעיצובי רכב מציעה אפשרות להפחית את פליטת הפחמן באופן דרמטי, במיוחד בכלי רכב בשימוש כבד כמו אוטובוסים ומשאיות, שבהם עלויות הדלק וההשפעה הסביבתית מהווים דאגה משמעותית.

ככל שתאים סולאריים מתקדמים אלה מפותחים יותר לשימוש מעשי, הם יכולים לשנות את הדינמיקה הכלכלית והסביבתית בעולם. הפחתת עלויות הרכב התפעוליות ופליטת הפחמן עשויה להוביל לחיסכון כספי משמעותי ולשיפור בריאות הציבור באמצעות אוויר נקי יותר.

יתרה מכך, מעבר לכלי רכב המונעים על ידי שמש יקטין את התלות העולמית בנפט, ישפר את היציבות הגיאופוליטית ויקדם יצירת מקומות עבודה במגזרי אנרגיה מתחדשת. שינוי זה מייצג צעד מכריע לקראת תחבורה גלובלית בת קיימא, התיישר עם יעדים סביבתיים רחבים יותר וסוללת את הדרך לעתיד נקי ובר קיימא יותר.

למרות שהתוצאות מבטיחות, יש דרך לפני מסחור החומר הזה. שילוב החומר הקוונטי החדש הזה במערכות אנרגיה סולארית קיימות דורש מחקר ופיתוח נוספים. למרות שמתקדם, תהליך הייצור צריך להיות מוגדל ליישום מעשי בתעשיית האנרגיה הסולארית.

היתרונות הפוטנציאליים של טכנולוגיה זו הם עצומים. על ידי הגדלת משמעותית של היעילות של תאים סולאריים, נוכל להתקדם לקראת פתרונות אנרגיה ברי קיימא יותר, להפחית את ההסתמכות שלנו על דלקים מאובנים ולהקטין את ההשפעה הסביבתית של ייצור אנרגיה.

עבודתם של פרופסור Chinedu Ekuma וצוותו באוניברסיטת Lehigh מייצגת קפיצת מדרגה משמעותית בתחום הפוטו-וולטאים. הפיתוח שלהם מאתגר את הגבולות הקיימים ופותח אפיקים חדשים לעתיד של אנרגיה מתחדשת. ככל שהטכנולוגיה הזו מתקדמת, היא עשויה להוביל למערכות אנרגיה סולארית זולות ויעילות יותר, להפוך את האנרגיה הסולארית לנגישה יותר ברחבי העולם ולסייע בשמירה על צורכי האנרגיה העולמיים.

על המחבר

רוברט ג'נינגס הוא מפרסם משותף של InnerSelf.com עם אשתו מארי טי ראסל. הוא למד באוניברסיטת פלורידה, המכון הטכני הדרומי ובאוניברסיטת מרכז פלורידה עם לימודי נדל"ן, פיתוח עירוני, מימון, הנדסה אדריכלית וחינוך יסודי. הוא היה חבר בחיל הנחתים האמריקאי ובצבא ארה"ב לאחר שפיקד על סוללת ארטילריה בגרמניה. הוא עבד במימון נדל"ן, בנייה ופיתוח במשך 25 שנים לפני שהקים את InnerSelf.com ב-1996.

InnerSelf מוקדש לשיתוף מידע המאפשר לאנשים לעשות בחירות מושכלות ומלאות תובנות בחייהם האישיים, לטובת הכלל ולרווחת כדור הארץ. מגזין InnerSelf נמצא במהלך 30+ שנות הפרסום שלו בדפוס (1984-1995) או מקוון בשם InnerSelf.com. אנא תמכו בעבודה שלנו.

 Creative Commons 4.0

מאמר זה מורשה תחת רישיון Creative Commons ייחוס-שיתוף זהה 4.0. מייחסים את הכותב רוברט ג'נינגס, InnerSelf.com. קישור חזרה למאמר מאמר זה הופיע במקור InnerSelf.com