תאים סולאריים מבוססי ננו-טכנולוגיה

הכותרת נשמעת אמנם כעוד חלום-באספמיה, שמקומו במעבדה ולא על גג ביתכם, אך הפעם מדובר ביישום ממשי מאוד, העתיד להקטין במידה ממשית את חשבון החשמל שלכם. באנגלית השם מפחיד עוד יותר Hybrid Nanorod-Polymer Solar Cell - אך למרות שמו המאיים, המפתחים מבטיחים כי מדובר במקור אנרגיה זול, קל ליצור, עמיד וגמיש. מדובר בחומר האידיאלי לשמש כתחליף לרעפי החרס הנוטים להשבר - לפחות באזורים בהם השמש זורחת לפחות חצי שנה.

כולם מכירים את תאי השמש הכחולים, ההופכים אנרגיית אור לחשמל עבור לוויינים, תאורת טרמפיאדות, מערכות ניטור מרוחקות וכדומה. התאים האלה מיוצרים מסיליקון גבישי טהור, בתהליכים הדומים לאלה המשמשים ליצור שבבים למחשבים ולמוצרי אלקטרוניקה. לא פלא, על כן, שהם יקרים מאוד, רגישים לשבירה ומוגבלים ליישומים בהם אין חלופה אחרת. תהליך היצור כולל גידול גבישי סיליקון גדולים, ניסורם לפרוסות דקיקות, החדרה של חומרים שונים ("מזהמים") לפרוסות בטמפרטורות גבוהות ובואקום כמעט מוחלט, הדפסת מוליכים שקופים וציפוי בחומרים מונעי החזרת אור. ניתן איפוא להבין שמדובר בהליך ייצור יקר מאוד, הדורש תשתית של כמה מיליארדי דולרים. וגם אז, יעילותם של הקולטנים הסולאריים בהמרת האנרגיה לא עולה על 10 אחוז במוצרים המיועדים לשוק הכללי (בחלליות ובלוויינים היעילות גבוהה כפליים, אך המחיר גבוה פי מאה).

החוקרים באוניברסיטת ברקלי מאמינים כי הם יכולים לייצר תאי שמש בלי סיליקון, ללא תהליכי יצור יקרים, בלי הגבלות על הגודל או הצורה. אם יצליחו, הם יוכלו להפוך את אור השמש למקור אנרגיה חשמלי תחרותי לשיטות הפקת האנרגיה המקובלות, ובהן שרפת דלק פחמני בתחנות כוח קונונציונליות או הפקת חשמל מאנרגיה גרעינית בכורי-כוח.

החלק הפעיל בהמרת האנרגיה בתא הסולארי החדש היא מולקולה של קדמיום-סלניד (CdSe). בתהליך כימי פשוט יחסית, יוצרים המדענים "מוטות" זעירים מקדמיום-סלניד (7 ננומטר קוטר, 60 ננומטר אורך. שמנים וקצרים יותר מצינורות Carbon Nano-Tube), אותם הם מערבים בפולימר אורגני. את התערובת יוצקים כשכבה שעוביה 200 ננומטר בין שני משטחים (אחד מהם שקוף), המשמשים כאלקטרודות לאיסוף הזרם, שנוצר כאשר אור פוגע במוטות. בשלב הנוכחי של הפיתוח, האלקטרודות עשויות אלומיניום קשה, אך אין מניעה עקרונית משימוש בחומרים גמישים.

המפתחים משוכנעים שהם יצליחו ליצור את "הסנדוויץ" כשהוא דק וגמיש כמו טפט פלסטי, מה שייאפשר את הדבקתו על כל משטח חשוף לאור השמש וייאפשר איסוף אנרגיה בחינם.

הקושי האמיתי הוא לשפר את יעילות ההמרה מ-2.5 אחוז לסביבות 10%. כדי לספק את צריכת האנרגיה הממוצעת של משפחה ממוצעת בישראל בחודשי הקיץ (בסביבות 25-50 קילווט-שעה ליום) מקולט-שמש שיעילותו רק 2.5% יש צורך בשטח קליטה של 100 עד 200 מ"ר. שטח כזה אינו זמין לכל בית-משפחה ולכן הדרישה לשיפור היעילות אינה רק תנאי כלכלי.

עם זאת, המדענים משוכנעים שגם באתגר זה הם יעמדו. המכשול האמיתי, לדבריהם, הוא באמצעי אחסון האנרגיה החשמלית בשעות הלילה. סוללות מקובלות אינן פתרון סביר לצרכני אנרגיה גדולים, כמו מזגנים ותנורים, והמרה לאנרגיה מכנית ובחזרה כרוכה בחוסר יעילות ודרישות תחזוקה לא פשוטות.