חוקרים בטכניון הציגו לראשונה מודל המתאר את מנגנון אי-היציבות העיקרי של הפרובסקיטים – חומרי העתיד בתאי שמש

חוקרים בפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי הציגו לראשונה מנגנון התדרדרות פנימי שפוגם ביציבותם של תאי שמש על בסיס פרובסקיטים – תאים הצפויים להשתלב בתאי שמש מסיליקון ובהמשך גם כתאים קלים וחצי שקופים למגוון יישומים אחרים.

המחקר, בהובלת הדוקטורנטית ספיר ביטון ופרופ’ ניר טסלר, התפרסם בכתב העת היוקרתי Energy & Environmental Science. ממצאיו צפויים להאיץ את השימוש בפרובסקיטים בהתקנים להמרת אנרגיה וכך להגביר באופן דרמטי את יעילותם של תאי סיליקון קיימים.

פרופ’ ניר טסלר

הפרובסקיטים הם חומרים המאופיינים בתכונות ייחודיות ובהן נצילות גבוהה בהמרה של אנרגיית אור לחשמל. חומרים אלה זולים יותר מסיליקון וכן גמישים, קלים ושקופים. לכן הם נחשבים למועמדים מצוינים ליצירה של התקני לייזר, פוטו-אלקטרודות, דיודות פולטות אור ועוד, ובעיקר תאים סולריים.

בשל יתרונות אלה, קבוצות מחקר וחברות פועלות לפיתוח תאים סולריים מבוססי פרובסקיט.

תאים סולריים הם התקנים הממירים את אנרגיית השמש לאנרגיה חשמלית –אנרגיה ירוקה שאינה מתכלה. הוספת תאים פרובסקיטיים לארסנל תאי השמש תאפשר פריסה רחבה הרבה יותר של תאים סולריים ואת יישומם על משטחים שונים ובהם חלונות, מכוניות ובגדים – שינוי שירחיב את השימוש האנושי באנרגיית השמש ובאור המלאכותי מסביבנו.

ספיר ביטון

הבעיה העיקרית שעימן מתמודדות חברות שמפתחות תאים אלה היא אי-יציבותו של הפרובסקיט. במאמרם ב- Energy & Environmental Science מציגים חוקרי הטכניון את הסיבות לאי-יציבות זו, הפוגעת ביעילותם של התקנים מבוססי פרובסקיט. אחת הסיבות העיקריות לאותה אי-יציבות היא נדידה של יונים (אטומים טעוני מטען חשמלי) מגביש הפרובסקיט לשאר ההתקן. סיבה נוספת היא ריאקציות של יונים אלה עם מטענים אחרים. חשיפה לאור, הנדרשת כמובן בתאים סולריים, אף מאיצה את נדידת יוני הפרובסקיט בהתקן וכך פוגעת בהדרגה בביצועיו כבר בשעות הראשונות לפעולתו.

מאמרם של חוקרי הטכניון מציג לראשונה מחקר הבוחן, באמצעות סימולציות, התקנים שפותחו בתעשיית המוליכים למחצה ומוסיף להן את השפעת היונים והריאקציות המתחוללים בהתקן תחת מצבים פיזיקליים שונים. ביטון ופרופ’ טסלר אינם מסתפקים בתיאור מנגנון ההתדרדרות של ההתקן אלא מציעים מתווה לבלימתו. בלימתה של נדידת היונים מושגת באמצעות שליטה מבוקרת על רמות האנרגיה של החומרים המרכיבים את ההתקן.

מימין – ריאקציות היוד המשתתפות בתהליך התדרדרות התאים. משמאל – אילוסטרציה של תא סולרי המכיל יוני יוד, אטומי יוד ומולקולות יוד הנוצרים כתוצאה מהריאקציות

המחקר נתמך על ידי משרד החדשנות, המדע והטכנולוגיה; האיחוד האירופי (מענקי M-ERA.NET); קרן אדליס באמצעות תוכנית האנרגיה ע”ש גרנד בטכניון; ומרכז אולנדורף מינרבה בטכניון. ספיר ביטון היא מלגאית אריאן דה רוטשילד – מלגה מטעם קרן רוטשילד-קיסריה לדוקטורנטיות מצטיינות.

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2023/ee/d3ee00881a