פיתוח חדש עשוי לשפר את יעילותם של פאנלים סולאריים מסיליקון

This post is also available in: English (אנגלית)

צוות מחקר מאוניברסיטת ניו סאות' ויילס (UNSW) הציג שיטה חדשה לשיפור תאים סולאריים, שעשויה להעלות באופן משמעותי את היעילות של פוטו-וולטאים מבוססי סיליקון – תוך שיפור ניהול החום ועמידותם לאורך זמן.

ליבת הפריצת הדרך מבוססת על תהליך בשם Singlet Fission, המאפשר לפוטון עתיר אנרגיה יחיד לייצר שני זוגות של אלקטרון-חור במקום אחד בלבד. מנגנון זה מתמודד עם מגבלה נפוצה בפאנלים סולאריים מסורתיים מסיליקון, שבהם עודף האנרגיה של הפוטון הולך לאיבוד כחום – כך על פי ההודעה לעיתונות. על ידי ניצול יעיל יותר של האנרגיה הזו, המערכת מגדילה את התפוקה החשמלית הכוללת.

החידוש מגיע בדמות מולקולה אורגנית ייעודית בשם דיפירולונפטירידינדיון (DPND). מולקולה זו מונחת כשכבה דקה על גבי תאים סולאריים סטנדרטיים מסיליקון. בשונה ממועמדים קודמים כגון טטרצין, שהתבררו כבלתי יציבים באוויר, מולקולת DPND יציבה לאור ומתאימה לייצור בקנה מידה תעשייתי.

שכבה זו לוכדת אור כחול וירוק עתיר אנרגיה וממירה אותו לשני אקסיטונים (מצבי עירור) בעלי אנרגיה נמוכה יותר, שכל אחד מהם מותאם לפער האנרגיה של הסיליקון. התוצאה היא שיפור בהמרת האנרגיה – שעשוי לדחוף את היעילות לרמה של מעל 30% – וכן הפחתת הצטברות החום בתוך הפאנל.

ההערכות הראשוניות מצביעות על כך שפאנלים שישלבו את הטכנולוגיה הזו יפעלו בטמפרטורות נמוכות ב-2.4 מעלות צלזיוס לעומת פאנלים רגילים. אף על פי שהבדל זה נראה קטן, הוא עשוי להאריך את חיי הפאנל ביותר מארבע שנים ולשפר את ביצועיו היומיומיים, שכן היעילות נוטה לרדת עם עליית הטמפרטורה.

מההיבט המסחרי, היתרונות ברורים: יעילות גבוהה יותר לכל פאנל משמעותה שנדרשים פחות פאנלים לאותה תפוקת אנרגיה, מה שמפחית את עלויות ההתקנה והחומרים. בניגוד לתאים מסוג טנדם, הדורשים שינוי מבני מורכב, שכבת ה- Singlet Fissionניתנת להוספה לטכנולוגיית הסיליקון הקיימת, מה שעשוי להקל על אימוץ הפתרון החדש.

כעת, לאחר שהוגשו בקשות פטנט, צוות UNSW מתקדם לקראת ייצור ניסיוני בקנה מידה קטן של מולקולת DPND. הפיתוח מהווה צעד מבטיח לעבר טכנולוגיות סולאריות יעילות ועמידות יותר, שניתן לשלב בקלות עם תשתיות קיימות.