חתיכה קטנה של ברזנט סולארי אב טיפוס. אוניברסיטת קליפורניה, סן דייגו, CC BY-ND
הפוטנציאל לייצור האנרגיה של פאנלים סולאריים - ומגבלה מרכזית בשימוש בהם - הוא תוצאה ממה שהם עשויים. לוחות עשויים סיליקון יורדים במחיר כך שבמקומות מסוימים הם יכולים לספק חשמל עולה בערך זהה לחשמל מדלקים מאובנים כמו פחם וגז טבעי. אבל פאנלים סולאריים מסיליקון הם גם מגושמים, נוקשים ושבירים, כך שלא ניתן להשתמש בהם בשום מקום.
באזורים רבים בעולם שאין להם חשמל רגיל, פאנלים סולאריים יכולים לספק קריאת אור לאחר רדת החשיכה ואנרגיה ל לשאוב מי שתייה, עזרה כוח למשק בית קטן או לעסקים מבוססי כפר או אפילו להגיש מקלטים לשעת חירום ומאהלי פליטים. אך קשיי השבריריות, הכבדות והתחבורה של פאנלים סולאריים מסיליקון מעידים על כך שסיליקון לא יכול להיות אידיאלי.
בונים על עבודה של אחרים, קבוצת המחקר שלי עובד ל לפתח פאנלים סולאריים גמישים, שיהיה יעיל כמו לוח סיליקון, אך יהיה דק, קל משקל וניתן לכפיפה. סוג זה של מכשיר, שאנו מכנים "ברזנט סולארי, "יכול היה להתפשט לגודל של חדר וליצור חשמל מהשמש, וניתן היה לכבוש אותו בגודל של אשכולית ולמלא אותו בתיק גב כמו 1,000 פעמים מבלי להישבר. אמנם היה קצת מאמץ להפוך את תאי השמש האורגניים לגמישים יותר פשוט על ידי מה שהופך אותם לדקים במיוחד, עמידות אמיתית דורשת מבנה מולקולרי שהופך את הפאנלים הסולאריים למתוחים וקשוחים.
מוליכים למחצה מסיליקון
הסיליקון נגזר מחול, מה שהופך אותו לזול. והאופן שבו האטומים שלו אורזים בחומר מוצק הופך אותו למוליך למחצה טוב, כלומר ניתן להפעיל ולכבות את המוליכות שלו באמצעות שדות חשמליים או אור. כי זה זול ושימושי, הסיליקון הוא הבסיס לשבבים ולמעגלים במחשבים, טלפונים ניידים ובעצם כל שאר מוצרי האלקטרוניקה, המשדרים אותות חשמליים מרכיב אחד לאחר. הסיליקון הוא גם המפתח לרוב הפאנלים הסולאריים מכיוון שהוא יכול להמיר את האנרגיה מאור למטענים חיוביים ושליליים. מטענים אלה זורמים לצדדים ההפוכים של תא סולארי וניתן להשתמש בהם כמו סוללה.
אבל התכונות הכימיות שלה גם אומרות שאי אפשר להפוך אותו לאלקטרוניקה גמישה. סיליקון אינו סופג אור בצורה יעילה במיוחד. פוטונים עשויים לעבור ממש דרך לוח סיליקון דק מדי, ולכן הם צריכים להיות עבים למדי - בסביבות 100 מיקרומטר, בערך עובי שטר דולר - כך שאף אחד מהאור לא יתבזבז.
מוליכים למחצה מהדור הבא
אבל חוקרים מצאו מוליכים למחצה אחרים שהם הרבה יותר טובים בקליטת אור. קבוצת חומרים אחת, שנקראת "פרובסקיטים, "יכול לשמש לייצור תאים סולריים שהם יעילים כמעט כמו סיליקון, אך עם שכבות סופגות אור שהן אלף מהעובי הדרוש לסיליקון. כתוצאה מכך חוקרים עובדים על בנייה תאים סולאריים perovskite שיכולים להניע מטוסים לא מאוישים קטנים ומכשירים אחרים שבהם הפחתת משקל היא גורם מפתח.
אל האני פרס נובל לכימיה 2000 הוענק לחוקרים שגילו לראשונה שהם יכולים לייצר סוג אחר של מוליכים למחצה דקיקים, המכונים פולימר מוליך למחצה. סוג זה של חומר נקרא "מוליך למחצה אורגני" מכיוון שהוא מבוסס על פחמן, והוא נקרא "פולימר" מכיוון שהוא מורכב משרשראות ארוכות של מולקולות אורגניות. מוליכים למחצה אורגניים כבר משמשים מסחרית, כולל ב מיליארד דולר בתעשייה of תצוגות דיודות פולטות אור אורגניות, הידוע יותר בשם טלוויזיות OLED.
מוליכים למחצה פולימרים אינם יעילים בהמרת אור שמש לחשמל כמו פרובסקיטים או סיליקון, אך הם הרבה יותר גמיש ועמיד במיוחד. פולימרים רגילים - לא המוליכים למחצה - נמצאים בכל מקום בחיי היומיום; הם המולקולות המרכיבות בד, פלסטיק וצבע. מוליכים למחצה פולימרים מחזיקים בפוטנציאל לשלב את התכונות האלקטרוניות של חומרים כמו סיליקון עם התכונות הפיזיקליות של פלסטיק.
הטוב משני העולמות: יעילות ועמידות
בהתאם למבנה שלהם, לפלסטיקה יש מגוון רחב של מאפיינים - כולל גם גמישות, כמו ברזנט; ונוקשות, כמו לוחות המרכב של כמה מכוניות. לפולימרים מוליכים למחצה יש מבנים מולקולריים נוקשים, ורבים מהם מורכבים מגבישים זעירים. אלה הם המפתח למאפיינים האלקטרוניים שלהם אך נוטים להפוך אותם לשבריריים, דבר שאינו מאפיין רצוי עבור פריטים גמישים או נוקשים.
עבודת הקבוצה שלי התמקדה בזיהוי דרכי יצירה חומרים בעלי תכונות מוליכות למחצה טובות ועמידות פלסטיקים ידועים - בין אם גמישים ובין אם לא. זה יהיה המפתח לרעיון שלי של ברזנט או שמיכה סולארית, אך יכול להוביל גם לחומרי קירוי, אריחי רצפה חיצוניים או אולי אפילו למשטחי כבישים או חניונים.
עבודה זו תהיה המפתח לרתום את כוחה של אור השמש - כי אחרי הכל, אור השמש הפוגע בכדור הארץ בשעה אחת מכיל יותר אנרגיה מכל האנושות שמשתמשת בשנה.
על המחבר
דארן ליפומי, פרופסור לננו-הנדסה, אוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו
מאמר זה פורסם במקור ב שיחה. קרא את מאמר מקורי.
ספרים קשורים
at InnerSelf Market ואמזון
