מאת: לירון דן
הרכבה עצמית של חומרי בניין טבעיים הוא תחום מבטיח במחקרים ביומימימטיים. חוקרים במעבדות סנדיה (sandia national labs), פיתחו דרך לייצור תהליך ציפוי, המתרכב מאליו על ידי התחברות של מולקולות המשתנות ומתאדות בטמפרטורת החדר. היכולת הטמונה בטכנולוגיה זו כבר קיימת, והיא מקושרת לייצור תאים פוטוולטאים. כך, יכול המשתמש לרסס פרקורסור (חומר שממנו נוצר חומר אחר בתהליך כימי) על גבי משטח, ולצפות בחומר מתרכב באופן טבעי. דוגמא לטכנולוגיה מתפתחת מסוג זה היא טכנולוגיית ה- (Dye solar cells) DSC, המחקה את תהליך הפוטוסינתזה בצמחים, על ידי שימוש בחומרים שכבר זמינים בתעשייה לצורך הולכת חשמל. בשנת 2010, זכה פרופ' מיכאל גרצל בפרס יוקרתי על פיתוח דור שלישי של טכנולוגייה זו.
תאים פוטוולטאים עשויים לרוב מחומרים מוליכים למחצה, דוגמת סיליקון. כאשר פוגע אור בתא, נקלט חלק ממנו בתוך המוליך למחצה, ואנרגיית האור שנקלטה מועברת למוליך למחצה. האנרגיה משחררת אלקטרונים, ומאפשרת להם לרחף באופן חופשי בצורת זרם. על ידי משטחים מוליכים מעל ומתחת לתא הסולארי, מנותב הזרם החשמלי לשימוש חיצוני (לצורך טעינת פלאפון, למשל). .JPG)
בתאים פוטוולטאים מסורתיים מתנהג הסיליקון גם כמקור למשיכת אלקטרונים, וגם כנושא המטען החשמלי. תאי DSC מפרידים את קליטת האור מנושא המטען החשמלי על ידי חיקוי תהליך הפוטוסינתזה בצמחים. לצורך העניין, ניתן להמשיל עלים למפעלים זעירים. כאשר נספג אור השמש בעלה, הופך הכלורופיל את תחמוצת הפחמן ואת המים לחמצן ולגלוקוז, אשר מספקים מקור אנרגיה לצמח כולו. בתאי DSC נוצרת "פוטוסינתזה מלאכותית", מבנה העלה מוחלף בננו-מבנה נקבובי מתחמוצת טיטניום, והכלורופיל מוחלף במולקולות צבע.
תאים מסוג DSC מכילים תחמוצת טיטניום ננו-קריסטלית, המצופה במולקולות צבע סופגות אור, שטבולות בחומר מוליך חשמל. עוביו של הסרט הפוטוולטאי הוא 10 מיקרומטר בלבד, והוא מונח בתוך שתי שכבות זכוכית או פלסטיק, ככריך. כאשר מכה אור על גבי הפאנל משתחררים האלקטרונים, ויוצרים מעין חורים. החלק בעל המטען החיובי נטען כאשר אלקטרונים נעלמים. חלקיקי תחמוצת הטיטניום, שהם מוליכים למחצה, אוספים את האלקטרונים ומעבירים אותם למעגל חיצוני, היוצר זרם חשמלי. כיום, קיימים בשוק שלושה סוגים עיקריים של תאים פוטוולטאים מבוססי סיליקון זמינים: סינגל קריסטל, פוליקריסטליין וסיליקון אמורפי. תהליך הייצור של תאים פוטוולטאים מבוססי סיליקון דורש אנרגיה רבה. כ- 40 טון של סיליקון מייצר מגה וואט אחד של חשמל, ואילו על כל טון סיליקון שמיוצר, נפלטים לאוויר 1.5 טון של פחמן דו חמצני.
מנקודת מבט בת קיימא, השיפור העיקרי בתאים פוטוולטאים מבוססי סיליקון, אשר יוצרו במהלך השנים בה קיימת הטכנולוגיה, הוא העלאת אחוזי היעילות מקרינה סולארית לאנרגיית חשמל (עד 15%). לעומת זאת, תאי DSC מיוצרים בעלות נמוכה יותר (יחסית) מבחינת המיכון הדרוש, תוך שימוש בחומרים שקיימים בשוק ושאינם רעילים (יחסית). למרות זאת, עד כה לא עולה ניצולת האנרגיה על 8%, וזה כנראה מה שמשאיר את הטכנולוגיה על שולחן הפיתוח (לבד ממקרים בודדים של ייצור תעשייתי ניסיוני). להתקנה ויישום של DSC יש מספר יתרונות על פני תאים פוטוולטאים מבוססי סיליקון: התאים, המיוצרים בצורת סרט דק, גמישים ומאפשרים יישומים בפרויקטים ארכיטקטוניים מגוונים. התאים יכולים להשתלב בתהליך הזיגוג על גבי זכוכית, ובכך לשמש גם כאלמנטים להצללת המבנה, אפשר לייצרם בצורות ובגוונים שונים (על-ידי הדפסת דוגמאות שונות על גבי הסרט) ובכך מעלים את הגמישות, את היצירתיות ואת הערך האסתטי שאפשר להפיק מהם. בנוסף,DSC מייצר חשמל גם בתנאים בהם התאורה חלשה ואפילו בתנאי גשם.
