תא פרו‑פסק משולש – 27.3% יעילות

מבט כולל – למה זה מרגש?

תא פרו‑פסק משולש עם שכבת גרפין‑אוקסיד/SAM הגיע ל‑27.3% יעילות, שיא עולמי למכשירי פרו‑פסק מרובי שכבות. המחקר, שנערך על‑ידי אוניברסיטת פוטסדאם (גרמניה) ו‑Empa (שוויץ), פורסם ב‑Joule והציג אסטרטגיית חיבור דו‑שכבתית שמפחיתה איבודי טעינה ומגבירה יציבות.

איך עובדת שכבת GO/SAM? – הפתרון הפשוט

• SAM‑ים (שכבות חד‑מולקולריות) משמשים היום כשכבות הולכת חורים עם ספיגה אופטית מינימלית, אך שליטה מדויקת בעובי ובצפיפות המולקולות קשה.
• חקר הצוות הראה כי SAM‑ים מבוססי קרבוזול (MeO‑2PACz) גורמים לאיבודי יונים משמעותיים, מה שמקטין את ה‑VOC.
• הוספת גרפין אוקסיד (GO) לפני SAM יוצר אינטראקציה חזקה בין קבוצות החמצן של GO לקבוצות הפוספוריק של MeO‑2PACz, מה שמבטיח כיסוי אחיד יותר של ITO ומפחית פגמים בממשק.
• התוצאה: משטח אחיד, צמיחת פרו‑פסק עם אוריינטציה קריסטלית מועדפת ופחות פגמים, ובכך משפרים את זרימת המטענים.

ביצועים משופרים – מה קורה במעבדה?

• התא המשולש כולל שלושה תתי‑תאים:
• תת‑תא עליונה – חצי‑פסק ברוחב פס 2.00 eV, חיבור ITO/NiOx/SAM.
• תת‑תא אמצעית – פסק בינוני 1.55‑1.60 eV עם C60/SnOx.
• תת‑תא תחתונה – פסק נמוך 1.25 eV עם Cu כאלקטרודה אחורית.
• הוספת שכבת GO/SAM העלתה את ה‑PCE מ‑23.6% ל‑25.1% רק בעזרת חיבור ITO/שכבת ריקומבינציה, והאופטימיזציה של תת‑תא האמצעית הביאה לשיא של 27.3%.
• יציבות משופרת – התא שמר על 90 % מה‑PCE הראשוני לאחר 770 שעת חשיפה רציפה לשמש, לעומת תאים עם PEDOT:PSS שהציגו ירידה מהירה יותר.

מה המשמעות לישראל? – חישוב פשוט למערכת ביתית

בהתבסס על נתוני השוק הישראלי (תעריף ייצור למגורים ~₪0.48/kWh, עלות התקנה ~₪3,150/kWp), תא בעל 27.3% יעילות צפוי לייצר כ‑1,700 kWh לכל kWp בשנה (בהתאם לתפוקת השמש הממוצעת במרכז). עבור מערכת ביתית של 10 kWp במרכז הארץ, ההפקה השנתית תהיה כ‑17,000 kWh, שווי של כ‑₪8,160 בשנה. עלות ההתקנה תעמוד על כ‑₪31,500, ולכן תקופת החזר פשוטה היא כ‑3.9 שנים, דומה לזמן החזר של מערכות פאנלים סולרים מסורתיות. בנוסף, החיסכון בפליטת CO₂ – כ‑0.5 kg לכל kWh – יקטן את טביעת הרגל הפחמנית בכ‑8.5 טון לשנה, שווה לכ‑425 עצים.

מבט לעתיד – למה כדאי לשים לב?

הצוות מציין כי הפחתת התנגדות ה‑transport ושיפור ההתאמה האנרגטית עשויים לדחוף את ה‑PCE של תאים מרובי‑שכבות מעבר ל‑30% בטווח הקרוב. אם תהליך הייצור יצליח לשמור על עלויות תחרותיות, ניתן לצפות לשילוב רחב של תאים פרו‑פסק במערכות קצה‑לקוח ובפרויקטים קהילתיים בישראל, מה שיתרום משמעותית למטרת 30 % אנרגיה מתחדשת עד 2030.

---

המאמר מבוסס על פרסום ב‑Joule של צוות אוניברסיטת פוטסדאם ו‑Empa, וכן על ניתוחים של PV‑Magazine