חדשות

אנרגיית השמש היא אולי המקור המבטיח ביותר לאנרגיה מתחדשת ונקייה - אנרגיה שנמצאת בכל מקום, בכל יום, ושלא תיגמר לנו לעולם. עם זאת, טכנולוגיות קיימות להמרת אנרגיית השמש לחשמל מצליחות לנצל אחוז קטן בלבד מקרינת השמש המגיעה לכדור הארץ.

ננו-אנטנות: הסוד בדברים הזעירים

"התאים הסולאריים הנפוצים כיום הם תאים פוטו-וולטאיים העשויים מסיליקון. תאים אלה מנצלים רק כ-10% מהאנרגיה של קרינת השמש לטובת ייצור חשמל. קיימים אמנם סוגים אחרים של תאים סולאריים שמנצלים עד 40% מהקרינה, אך הם יקרים הרבה יותר," מסביר פרופ' בוג. "המטרה שלנו היא לייצר אנטנה ננומטרית שתוכל, בזכות צורתה וממדיה הזעירים, לקלוט תחום רחב של אורכי גל כמו קרינת האינפרא־אדום בנוסף לקרינת האור הנראה. כך ניתן עקרונית לנצל עד 85% מקרינת השמש - יותר מפי שניים מהתאים הפוטו־וולטאיים המתקדמים ביותר הקיימים היום. מערך גדול של ננו־אנטנות, שממדיהן כחצי מיקרון על חצי מיקרון כל אחת, יוכל לנצל אנרגיה של קרינה הפוגעת בשטחים נרחבים".

אנטנות שוות זהב

דגמי האנטנות שבונה הצוות מבוססים על מבנים העשויים זהב, אלומיניום, טיטניום או מתכת אחרת, שיוצרו בליטוגרפיית קרני אלקטרונים. שיטה זו, שהיא מדויקת מאוד אך יקרה יחסית, תוחלף בעתיד בשיטה זולה ממנה הדומה לדפוס.

אנרגיית השמש הנקלטת בננו-אנטנות הופכת בתחילה לזרם חילופין, ויש צורך להפוך אותה לזרם ישר, שניתן להעבירו ליעדיו ברשת החשמל. גם למטרה זו נעזרים החוקרים בננו-טכנולוגיה חדשנית: התקן מיישר זרם שמורכב מננו-צינוריות פחמן - מבני פחמן מולקולריים בצורת צינור חלול, המשלבים תכונות של מוליכות חשמלית מעולה עם קשיחות יוצאת דופן. הננו-צינוריות המחוברות לננו-אנטנה נוגעות מצדן האחד בזהב כדי לייצר הולכה חשמלית, ובצדן האחר - בטיטניום כדי לייצר התקן מיישר שישלוט בכיוון הזרם.

כיום מרכזים החוקרים מאמץ ניכר בסוגיה "זעירה" במיוחד: מיקום הננו-צינוריות באופן מדויק במרכזה של ננו-אנטנה מסוג חדש שפיתחו, ואף רשמו עליה פטנט - אנטנת ויואלדי כפולה. לאנטנה זו שני יתרונות מרכזיים: ראשית, היא רחבת סרט, כלומר, מסוגלת לקלוט קרינה בתחומי האינפרא-אדום והאור הנראה בו-זמנית; שנית, היא ניתנת לחיבור טורי במערכים גדולים, כך שהמתחים הזעירים שמתפתחים על כל אנטנה מתחברים למתח כולל גבוה. בנוסף, מחפש הצוות דרכים להגביר עוד יותר את יישור המתח החשמלי שמייצרת האנטנה, על־ידי הקטנת הננו-מרווחים שדרכם עובר הזרם.

שיתוף פעולה בינתחומי

"היתרון של צוות המחקר שלנו הוא בשילוב המוצלח של ננו-טכנולוגיה, אופטיקה ותכנון אנטנות - שילוב בין הנדסה לפיזיקה", אומר פרופ' בוג. "שיתוף הפעולה הבינתחומי מאפשר לנו, מצד אחד, לגלות עקרונות מדעיים ולהוכיח שהם נכונים, ומצד שני להציע פתרונות יעילים לשימוש נרחב בעקרונות אלה. אנחנו לא מסתפקים ביצירת דגם אחד שידגים תופעה פיזיקלית מסוימת - כנהוג במחקר מדעי בסיסי, אלא מתאמצים לייעל את הדגמים ולכוון את הממצאים במעבדה ליישומים טכנולוגיים ממשיים".

בנוסף לייעודן של הננו-אנטנות בתחום אנרגיית השמש, יהיו להן ככל הנראה מגוון שימושים מרתקים נוספים: במערכות לראיית לילה, במערכות הדמיה וגם במערכות אבחון בתחום הביוטכנולוגיה. כמו כן, מכיוון שהננו-אנטנה משנה את תכונותיה בנוכחותה של מולקולה זרה בודדת, היא עשויה לשמש גם כגלאי יעיל לחומרים זרים.