האם עידן PV 3.0 הגיע?
Aug 12, 2022
לפי חישובים, שעה אחת של קרינת שמש על כדור הארץ היא מספיק אנרגיה כדי להפעיל את העולם במשך שנה שלמה. מאז המהפכה התעשייתית השנייה, האנושות עשתה ניסויים כיצד לרתום את האנרגיה הסולארית. 1839 ראה את גילוי האפקט הפוטו-וולטאי על ידי פיזיקאים צרפתים; ב-1876 גילו מדענים בריטיים שאפשר להפיק חשמל על ידי אור שמש מאיר על מוליך למחצה סלניום; וב-1893 ייצרו את התא הסולארי הראשון בעולם על ידי מהנדסים אמריקאים, שלמרות שיעילותו של 1 אחוז בלבד, היה קפיצת מדרגה.
אדמונד בקארל, הפיזיקאי הצרפתי הראשון שגילה את האפקט הפוטו-וולטאי
כיום, יותר ממאה שנה לאחר כניסתם של תאים סולאריים, יעילות ההמרה הממוצעת של תאים סולאריים מסחריים עדיין נמוכה, ותהליך הייצור המורכב והיקר הגביל במידה רבה את היישום שלהם בתחומים שונים. למרבה המזל, בשנים האחרונות נרשמה שורה של התפתחויות חיוביות בתחום הפוטו-וולטאיות, עם פריצות דרך ביעילות של דור חדש של תאים סולאריים, ומדענים מאמינים בתוקף שעידן הפוטו-וולטאים 3.0 בפתח.
תא סולארי נפוץ המבוסס על סיליקון הוא חומר מוליכים למחצה מסוג P וסוג N המחוברים ליצירת צומת PN, היוצר זוג חור-אלקטרונים כאשר אור השמש פוגע בפאנל, ומעגל מופעל כדי לייצר זרם חשמלי. נכון לעכשיו 90 אחוז מכל הפאנלים הסולאריים מבוססים על סיליקון. החומר הקריטי ביותר לייצור פאנלים סולאריים הוא סיליקון שנמצא בשפע על פני כדור הארץ, אך כדי לייצר פאנלים סולאריים יש לטהר אותו לטוהר של 99.9999 אחוזים או יותר. זה מוביל בהכרח לכך שכל התהליך של ייצור פאנלים סולאריים מבוססי סיליקון הוא מורכב, מזהם ויקר. אז פאנלים סולאריים מבוססי סיליקון אינם בחירה הגיונית לייצור חשמל פוטו-וולטאי. צץ דור חדש של תאי עפרות סידן טיטניום, אשר לא רק מציע עלייה עצומה ביעילות ההמרה, אלא שהוא גם הרבה יותר פשוט ויעיל לייצור, ודליל מספיק כדי שחצי בקבוק נוזל עפרות סידן טיטניום יכול להניע בית שלם , והכי חשוב, זה מאוד זול לייצור!
אז מהו פאנל סולארי מסוג סידן טיטניט?
ב-chalcogenide, אנו למעשה מתכוונים לכל אחת מהתרכובות ABX3 בעלות מבנה גבישי הדומה ל-chalcogenide, המופץ באופן נרחב ברחבי כדור הארץ. פאנלים סולאריים Chalcogenide אינם רגישים לזיהומים וניתן להגיע ליעילות המרה של למעלה מ-20 אחוז עם טוהר של כ-90 אחוז.
כתרכובת ניתן להתאים את הרכבו כך שניתן ליצור שכבות שונות של כלקוגניד עבור אורכי גל שונים של אור נכנס, מה שיכול להגביר משמעותית את יעילות ההמרה של הפוטו-וולטאי. בניגוד לפאנלים סולאריים מבוססי סיליקון, לכלקוגניד יכולות להיות שכבות מרובות של חיבורי PN, מה שמאפשר לערום את היעילות של לוחות הכלקוגניד. בתיאוריה, כלקוגניד יכול להשיג יעילות המרה של עד 86.8 אחוזים, אך ככל שיהיו יותר שכבות כך עלויות הייצור יהיו גבוהות יותר וההחזר המסחרי יהיה נמוך יותר בהכרח, כך שהשיקול העיקרי למסחרי לוחות כלקוגניד מהמעבדה נועדו לערום את השכבות פעמיים, וזו נקודת המכירה האמיתית של כלקוגניד.
למעשה, מדענים עובדים על כלקוגניד כבר יותר מעשור, אך בשל חוסר היציבות של מבנה הגביש שלו ותוחלת החיים הקצרה שלו, לא הושגה התקדמות משמעותית עד יוני השנה, אז הודיעו חוקרים מאוניברסיטת פרינסטון כי פיתחו את התא הסולארי הכלקוגניד הראשון בר-קיימא מסחרית, מסמן אבן דרך חשובה במחקר האנושי על אנרגיה מתחדשת. הפורום הכלכלי העולמי אף כינה עפרות סידן טיטניום כאחת מ"10 הטכנולוגיות המתפתחות שישנו את חיי האדם".
