פרופ' ערן אדרי

חומרים מתקדמים לתאי שמש

המרת אור השמש לחשמל בצורה יעילה, יציבה וברת קיימא דורשת פיתוח חומרים חדשים בעלי תכונות אופטו-אלקטרוניות מותאמות. במעבדה אנו עוסקים בחקר חומרים אנאורגניים חדשניים לתאים סולאריים, בדגש על קליטת אור באזורים פחות מנוצלים של הספקטרום הסולארי ועל יציבות חומרית לטווח ארוך. אחד התחומים המרכזיים במחקר עוסק בתאים סולאריים הפועלים גם באזורים פחות מנוצלים של ספקטרום האור, כמו האינפרה-אדום הקרוב (SWIR), באמצעות חומרים צ׳לקוגנידים וצ׳לקוהלידים (chalcogenides and chalcohalides). תחום נוסף מתמקד במוליכים למחצה בעלי תכונות "ריפוי עצמי" – חומרים שמסוגלים לתקן את עצמם לאחר נזק, תכונה שעשויה להוביל לפיתוח תאים סולאריים עמידים ויעילים במיוחד.

פוטו-אלקטרוכימיה של פרובסקיטים הלידים

אור השמש מספק מקור אנרגיה בר-קיימא להנעת תגובות כימיות שונות על ידי תגובות פוטו-אלקטרוכימיות (PEC) על גבי פוטו-אלקטרודות. פרובסקיטים הלידים ידועים בתכונות האופטו-אלקטרוניות המבטיחות שלהם כגון בליעת אנרגיה יעילה, המרת אנרגיה עם הפסדי מתח מינימליים, ורמות אנרגיה מותאמות לחיזור צורונים כימיים יציבים במיוחד, בנוסף להיותם קלים וזולים לייצור. תכונות הופכות אותם לאידיאליים לשימוש בתגובות לליכדת פחמן דו חמצני. אבל, ייצוב הפרובסקיטים ההלידיים בתמיסות מאתגר במיוחד. אנחנו חוקרים את מגנוני התגובות הפוטואלקטרוכימיות הרלוונטיות ומפתחים שיטות לייצור ויישום פוטואלקטרודות המשמשות להנעת תהליך לכידת CO₂.

Energy diagram of the photoelectrode components. The values represent disconnected materials relative to the absolute potential scale (in eV). The values next to each bar represent the valence band maxima or the work function (FTO and Ag). The values inside each bar represent the optical bandgap or absorption onset. The black arrows indicate the proposed electron and hole transfer paths. The HOMO and LUMO energy level position of the CMs are based on the first reduction potential of the CMs (−0.89 V vs. Ag/AgCl) and the optical absorption onset (2.92 eV). (B) Illustration of the photoelectrode structure. The illustration depicts the CMs attached to a linker and encapsulated in alumina. The linker is attached to the surface of titania.

לכידה וחיזור של פד"ח: ממברנות אלקטרוקטליטיות ואלקטרודות עם תכונות של תיקון עצמי

הטיפול בהתחממות הגלובלית נמצא בעדיפות עליונה בשנים האחרונות, כאשר טיפול בפליטות הפחמן הדו חמצני (CO₂) מהווה גורם עניין מרכזי, בדגש על פליטות קשות למניעה וטיפול ב CO₂ שכבר נמצא באטמוספירה. לפי דו״ח הפאנל הבין ממשלתי, נדרשים פיתוח חומרים וטכנולוגיות יעילים וזולים ללכידת CO₂ במקור הפליטה או מהאוויר. הפיכת ה-CO₂ לכימיקלים, אבני בניין כימיות, ודלקים מייצר ערך נוסף וחשוב לתהליך.

אבל CO₂ היא מולקולה יציבה מאוד ונדרשים חומרים קטליטיים מתאימים להנעת תגובת החיזור. המחקר שלנו מתמקד בפיתוח החומרים הקטליטיים לאלקטרודות עבור תהליכי יצירת פורמט ומתאנול, שתי מולקולות בעלות שימושים רבים כחומר גלם בתעשיות הכימיות וגם כדלק חליפי. במחקר שלנו אנו מייצרים ממברנה שמתאימה להפרדת CO₂ מתערובות גזים ועל ידי שימוש בלייזר הופכים אותה לאלקטרודה שמשלבת את תהליך ההפרדה ותהליך החיזור לשלב אחד – לכידה באמצעות תגובה (reactive capture). בנוסף, אנחנו חוקרים איך שילוב של חומרים נוספים באלקטרודה יוצר מנגנון שמאפשר לאלקטרודות לקיים תהליך ״תיקון עצמי״ שבו האלקטרודה משתנה במהלך השימוש בהתאם לתנאי העבודה מבלי לאבד את הנצילות והסלקטיביות האלקטרוקטליטית.

Lased Matrimid bismuth membrane