תאי שמש ננו-גבשיים

תאי שמש ננו-גבשיים הם תאי שמש הבנויים ממצע צורן (סיליקון) או מוליך אורגני המצופה בשכבה של ננו גבישים או נקודות קוונטיות כגון: ננו גבישי צורן, קדמיום-טלוריום CdTe או נחושת-אינדיום-גליום-סלניד Copper indium gallium selenide- CIGS.

ייצור

אנֶרְגִּיָּה שִׁמְשִׁית או אנרגיה סולארית היא אנרגיה שמקורה בקרינת השמש.

מתקני אנרגיה סולארית (פנאלים סולריים) ממירים את הקרינה האלקטרומגנטית שמגיעה מהשמש לאנרגיה תרמית או לחשמל.

את הננו-גבישים מפיקים בסינתזה קולואידית המאפשרת ייצור זול יחסית. התמיסה המרוכזת של ננוחלקיקים מיוצבת באמצעות ציפוי הננוחלקיקים בליגנד פחמימני. פני מצע שטוח של פרוסת סיליקון מצופה בשכבה דקה של ננו גבישים המתקבלת על ידי טפטוף של תמיסת הננו-גבישים במרכז המצע תוך הפעלת כוחות צנטריפוגליים על ידי סיבוב במהירות גבוהה. התמיסה מתפשטת באופן אחיד על המצע עד לקבלת גובה אחיד ורצוי של התמיסה, שיטת ייצור זו ידועה בשם ציפוי על ידי סיבוב (Spin coating) (תהליך המקובל בציפוי פוטורזיסט בתהליך הפוטוליתוגרפיה). שיטת יצור זו זולה יחסית לשיטת ייצור יקרה המבוססות על תהליכי השקעה (דפוזיציה) של גבישים כגון Molecular beam epitaxy.

מחקר ופיתוח

נצילות המרת האנרגיה בתאי שמש בטכנולוגיות השונות לאורך השנים

תאי שמש בעלי שכבה קולואידית מטיטניום דו-חמצני - TiO₂ נחקרו ב 1991^[1] ונמצאו כמבטחים מבחינת ניצולת המרת אנרגיית אור לאנרגיית חשמלית ומבחינת עלות ייצורם הנמוכה. כמו כן ארכיטקטורת ערוץ בודד של ננו-גביש הכוללת מערך של חלקיקים בודדים בין האלקטרודות המאפשרת לשפר את נצילות המרת האנרגיה^[2] נחקרת על ידי חוקרים באוניברסיטאות סטנפורד, ברקלי וטוקיו. ניתן להעריך כי בעתיד תאי שמש מבוססי הננו-גבישיים^[3] יציעו מגוון יתרונות כגון גמישות, מחיר נמוך, הפקת אנרגיה ירוקה^[4] ונצילות של 65%,^[5] לעומת 20%-25% בתאי שמש מדור ראשון המבוססים על סיליקון חד-גבישי c-Si.^[6] אולם ישנם ויכוחים לגבי אמינות מדידת הנצילות ולגבי התאמתם לייצור המוני.^[7] מחקרים אחרים עשו שימוש בעופרת סלניד PbSe ובקדמיום טלוריום - CdTe שכבר הוכיח את עצמו בייצור תאי שמש מדור שני המבוססים על שכבות דקות שעוביין ננומטר עד כמה מיקרומטרים.

גישות נוספות

1 תאי השמש מבוססי נקודה קוונטית - בגישה זו נלקחת בחשבון תאוריית מכניקת הקוונטים במיצוי השיטה ויכולות התאים, כמו כן ישנו שוני בין שיטות הייצור.

2 תא סולארי מרוגש צבע Dye-sensitized solar cell - ייצור בשיטה הקונבנציונלית של המוליכים למחצה המסתת גבישים ננומטרים כחלק מטופוגרפיית פני השטח של הצורן. לאחר מכן פני השטח מצופים בחומר צבע רגיש לאור המאפשר תהליכי מעבר אלקטרונים בחשיפה לאור.

תאי שמש דור שלישי נוספים

1. תאים פוטו אלקטרוכימיים
2. תאים מבוססי פולימרים
3. תא פרובסקייט (Perovskite solar cell) זהו תא שמש הכולל מבנה פרובסקייט סופג - המבנה הנפוץ ביותר מורכב משילוב של חומרים אורגנים ואנאורגנים (מבוססי עופרת ובדיל הליד) המשמשים בתור השכבה האקטיבית ללכידת אור השמש ליצירת אנרגיה חשמלית.

ראו גם

• תא פוטו-וולטאי
• ננו-חלקיק
• בוויקיפדיה האנגלית:
  • Quantum dot solar cell
  • Organic solar cell
  • Hybrid solar cell
  • Photoelectrochemical cell
  • Polymer solar cell
• ננו-אנטנה

קישורים חיצוניים

• Science News Online, Quantum-Dots Leap: Tapping tiny crystals' inexplicable light-harvesting talent, June 3, 2006.
• InformationWeek, Nanocrystal Discovery Has Solar Cell Potential, January 6, 2006.
• Berkeley Lab, Berkeley Lab Air-stable Inorganic Nanocrystal Solar Cells Processed from Solution, 2005.
• ScienceDaily, Sunny Future For Nanocrystal Solar Cells, October 23, 2005.

הערות שוליים

1. B. O’Regan and M. Gratzel, (1991). "A low-cost, high efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO₂ films". Nature. 353 (353): 737–740. Bibcode:1991Natur.353..737O. doi:10.1038/353737a0.
2. J.S. Salafsky (2001). "A 'channel' design using single, semiconductor nanocrystals for efficient (opto)electronic devices films". Solid-State Electronics. 45 (1): 53–58. Bibcode:2001SSEle..45...53S. doi:10.1016/S0038-1101(00)00193-3.
3. D.S. Ginger and N.C. Greenham, (1999). "Photoinduced electron transfer from conjugated polymers to CdSe nanocrystals". Physical Review B. 59 (16): 10622. Bibcode:1999PhRvB..5910622G. doi:10.1103/PhysRevB.59.10622.
4. Ilan Gur, Neil A. Fromer, Michael L. Geier, and A. Paul Alivisatos, (2005). "Air-Stable All-Inorganic Nanocrystal Solar Cells Processed from Solution". Science. 310 (5745): 462–465. Bibcode:2005Sci...310..462G. doi:10.1126/science.1117908. PMID 16239470.
5. Quantum Dots May Boost Photovoltaic Efficiency To 65%, 24 May 2005
6. "Photovoltaics Report" (PDF). Fraunhofer ISE. 28 ביולי 2014. p. 6. ארכיון (PDF) מ-2014-08-31. נבדק ב-31 באוגוסט 2014.
7. N. Gupta, G. F. Alapatt, R. Podila, R. Singh, K.F. Poole, (2009). "Prospects of Nanostructure-Based Solar Cells for Manufacturing Future Generations of Photovoltaic Modules". International Journal of Photoenergy. 2009: 1. doi:10.1155/2009/154059.