This post is also available in:
English (אנגלית)
מחקר פורץ דרך של חוקרים באוניברסיטת קליפורניה, אירווין (UC Irvine) הציג שיטה חדשה לפיתוח תאי סיליקון סולאריים אולטרה-דקים. גישה חדשנית זו שואפת להפוך את הסיליקון, חומר בשימוש נרחב באלקטרוניקה וטכנולוגיה סולארית, על ידי העברת המיקוד משינוי של החומר עצמו למניפולציה של האינטראקציה שלו עם האור.
מבחינה היסטורית, סיליקון הוגבל על ידי סיווגו כמוליך למחצה עם פער אסור עקיף אשר מגביל את תכונותיו האופטיות ומקשה על היעילות שלו בהמרה של אנרגיה סולארית. חוקרים חקרו בעבר הפיכת סיליקון טהור למוליך למחצה עם פער אסור ישיר כדי לשפר את הביצועים שלו. במחקר האחרון שלהם, הם השיגו שיפור מדהים על ידי לכידת פוטונים – חלקיקי אור – על גבי פני השטח של הסיליקון, באופן שהגביר את ספיגת האור פי 10,000, מבלי לשנות את הכימיה של החומר.
שיטת החוקרים כללה יצירת בליטות זעירות על פני הסיליקון ששינו את האופן שבו האור מגיב מנהל אינטראקציה עם החומר. מניפולציה זו מאפשרת לפוטונים לצבור מומנטום, מה שנותן להם לעורר אלקטרונים בצורה יעילה יותר. "פוטונים נושאים אנרגיה, אבל כמעט ללא מומנטום", הסביר אריק פוטמה, פרופסור לכימיה באוניברסיטת קליפורניה אירווין ואחד ממחברי המחקר, על פי Interesting Engineering. "אם אנחנו יכולים לתת לפוטונים מומנטום, אנחנו יכולים לעורר אלקטרונים בלי להזדקק לחלקיקים נוספים". פישוט זה משפר את תהליך ספיגת האור ומשנה את מנגנוני המרת האנרגיה.
ההשלכות של גילוי זה הן משמעותיות. תאים סולאריים מסורתיים דורשים שכבות עבות – עד 200 מיקרומטרים של סיליקון גבישי – כדי ללכוד ביעילות את אור השמש, מה שמוביל לעלויות ייצור גבוהות יותר ויעילות מופחתת. על ידי שימוש בטכניקה חדשה זו, החוקרים רואים את האפשרות של תאים סולאריים אולטרה-דקים שיכולים להפחית באופן דרסטי את דרישות החומר תוך שיפור היעילות.
היישומים הפוטנציאליים לטכנולוגיה זו הם רבים. הצוות מציע כי ההתקדמות יכולה להקל על טעינה על גבי המכשיר עבור מכוניות ומכשירים, כמו גם חידושים בהלבשה תרמו-אלקטרית, אשר יכול ללכוד ולהמיר חום גוף לאנרגיה שמישה.
הממצאים, שפורסמו בכתב העת ACS Nano, מדגישים את הצורך הקריטי בהתקדמות בפתרונות אנרגיה מתחדשת, במיוחד לאור הדחיפות הגוברת להילחם בשינויי האקלים. על ידי שינוי יסודי של האופן שבו אור פועל עם סיליקון, המחקר של UC Irvine לא רק מטפל במגבלות של תאים סולאריים קונבנציונליים, אלא גם פותח דרכים חדשות לשימוש בטכנולוגיות חסכוניות באנרגיה, ומציב את הסיליקון כשחקן חיוני עוד יותר במעבר למקורות אנרגיה מתחדשים.
