מחקר

פרויקטים ממומנים של SAERI

מחזור 2015/16

  • תאים פוטו-וולטאים (פרופ' גארי הודס, פרופ' דוד כהאן, פרופ' בוריס ריבצ'ינסקי ,פרופ' ליאור קרוניק)

    מחקרם של פרופ' גארי הודס ושל פרופ' דוד כהאן מתרכז בתאים פוטו-וולטאים בעלי מתח גבוה לשם שימוש בתאי שמש צמודים (tandem) וכן לשם ייצור פוטו-כימי של כימיקלים. בשלבים ראשוניים של הפרויקט, תאים פוטו-וולטאים פרובסקיטים מעורבים (היברידיים, על פי רוב CH3NH3PbI3) הופיעו בשדה המחקר, והיום הם מושא מרכזי למחקר בעולם בכלל ועל ידי צוותיהם של הודס וכהאן בפרט.

    בעבודתם בתחום הלא-פרובסקיטי, הדגימו הודס וכאהן כיצד פונקציית העבודה (תכונה חשובה מאד לתאים פוטו-וולטאים ולמכשירים אלקטרוניים בכלל) של zinc oxide (ZnO) יכולה להיות מורחבת לטווח גדול מאד/יותר על ידי ספיגה של מולקולות. כמו כן, הודס וכאהן הסבירו כיצד חמצון פני שטח של ננו-גבישים שלcadmium selenide (CdSe)  העלה את המתח המופק מקליטת אור בתאים המבוססים על חומר זה.

    פרופ' בוריס ריבצינסקי חקר כיצד מתגבשים חלקיקי פרבוסקיט מסוגים שונים. במהלך שיתוף הפעולה עם פרופ' הודס וכהן, נמצא כי הוספה של עופרת כלוריד לתמיסת החלקיקים משפרת בצורה דרמטית את צורתם הסופית של ננו-קריסטלים בזכות יכולתם ליצור מרכזי גיבוש קטנים שעליהם הם גדלים. מסקנה זו הושגה בעזרת צפייה בתמיסות שהוקפאו - כדי לשמר את מצבן האנרגטי - ובחינתן במיקרוסקופ אלקטרוני. התוצאות פורסמו במאמר שלפיו השינוי בצורות הקריסטלים הביא לשיפור ביעילות התאים הפוטו-וולטאים המבוססים עליהם. מחקר נוסף שהתנהל בקבוצתו של פרופ' ריבצינסקי בדק כיצד חומרים אורגניים, המסוגלים להוביל מטענים חיוביים בצורה יעילה, פועלים בתאים סולריים מבוססי פרובסקיט. התגלה שמלחים אורגניים פשוטים המעורבבים עם פולימרים-מוליכים יכולים לעבוד בצורה יעילה יחסית בתאים פוטו-וולטאים, המעלים את ההשערה שייתכן כי התאים הסולריים מבוססי פרובסקיט כלל לא צריכים שכבות אורגניות שיכולות להוביל מטענים חיוביים.

    פרופ' ליאור קרוניק פיתח גישות תיאורטיות חדשות להרחיב את תורת פונקציונל הצפיפות (DFT) להערכת חומרים פוטו-וולטאים חדשים. לאחרונה, המאמצים הללו הורחבו גם למקרים של תכונות אופטיות של חומרים מעובים. במקביל, קרוניק חקר את התכונות המבניות של פרובסקיטים מעורבים/היברידיים אורגניים-אינאורגניים, שהינם סוג חדש ומלהיב של חומרים להכנת תאי שמש. עבודתו חשפה את החשיבות של אינטראקציות מפוזרות בחומרים אלה וכן את האפשרות לנדידת מימן בתוכם.

  • אופטיקה(פרופ' דן אורון, פרופ' יחיעם פריאור, פרופ' ניר דוידסון)

    פרופ' דן אורון קבוצתו מתמחה בעיצוב והכנת מוליכים למחצה ברמה הננומטרית. יכולות אלה הובילו אותם ליצירת חומרים המסוגלים לעודד תגובה לא לינארית בין פוטונים מעוררים לפני דעיכתם, וכך להגדיל את האנרגיה המתקבלת מהחומר. הקבוצה גם חוקרת כיצד ננו חלקיקים אלו יכולים לשמש תאים סולריים על ידי שינויי דיפול בתא עצמו, שישפיעו על המתחים והזרמים שהתא הפוטו-וולטאי מייצר. ננו-חלקיקים מסוג II  נחקרו לראשונה בקבוצתו של פרופ' אורון והובילו ליצירת תאים סולריים המבוססים על ננו חלקיקים ביעילות הקרובה ל 8%.  במקביל, קבוצתו משתפת פעולה עם פרופ' פריי מהטכניון. שיתוף הפעולה עוסק בחומרים פוטו-וולטאים אורגנים א-אורגניים. האתגר העיקרי העומד מולם כרגע הוא יצירת חלקיקים מ'אבני בנייה' פשוטות ולא ממערכות מסובכות שעלולות להוות מחסום מחקרי.

    פרופ' יחיעם פריאור הקבוצה מתמקדת בהגברה של אינטראקציה בין אותות אופטיים לא-ליניאריים על ידי חללים קטנים המשמשים כאנטנה. הם הראו שהחללים מתנהגים בצורה שונה מאוד מאנטנות אחרות כתוצאה מצימוד בין החללים השונים. התוצאה הובילה לפיתוח מבנים חדשים שיכולים לשמש להגברת אותות הרמוניים מדרגה שנייה המשתמשים באפקט הצימוד. לאחרונה, הקבוצה מצאה כי ניתן להכין בצורה מאוד מדויקת מבנים המכילים מספר רב של חללים שישמשו כמגבירי אותות לא-ליניאריים. התוצאות נתמכו על ידי מדידות וסימולציות. האתגר העיקרי כיום הוא ליצור מערכת כללית עוד יותר להגברת אותות, בין אם דרך שינוי תבניות החללים, עומקם והרכבם. תהליך זה מורכב ולוקח זמן רב, גם אם נעזרים בסימולציות כדי להעריך כיצד המערכת תפעל לאחר שתיווצר.

    פרופ' ניר דוידסון קבוצתו מתמקדת בריכוז קרינה סולרית, בעיקר בתחום הקרוב לקצה היכולת התרמודינמית של החומר על ידי שימוש בעקרונות קוונטיים. הם השתמשו בעקרונות אלו על מנת לבנות מערכות אופטיות ללא שגיאות כרומטיות. בפרט, נבנתה מערכת ריכוז המכילה שלוש מראות שהצליחה להגיע מעל ל 95% אחוזי ריכוז ביחס לגבול התרמודינמי. המשמעות היא שניתן לייצר תאים סולריים בעלי שטחים קטנים יחסית, דבר שיכול להוזיל עלויות ייצור. ניתן להחליף את המראות בעדשות פרנסל, היכולות להועיל במידה ויש צורך לעצב את המערכת בצורה שונה. האתגר של הקבוצה כיום הוא לנסות להשמיש מרכזים המבוססים על אור העובר דיפוזיה, למערכות ריכוז סולריות שבהן שגיאות כרומטיות מונעות את השימוש באופטיקה המשתמשת בשבירת אור. הקבוצה תנסה להשתמש בצינורות מחזירי-אור ורכיבי אופטיקה שונים כדי לשמר אך גם להגביר את הבהירות הכוללת במערכת.

  • ביו-דלקים(אברהם לוי, נעמה ברקאי, רון מילוא, אד באייר, אסף אהרוני)

    אנו נוקטים בגישה בין-תחומית המכוונת להתמודד עם האתגרים העיקריים הללו: ייצור ביו-מסה (פרופ' אברהם לוי), ניתוח, הנדסה מטבולית וייצור (פרופ' רון מילוא ופרופ' אסף אהרוני), פירוק של ביו-מסה תאית לסוכרים (פרופ' אד באייר) ותסיסה והפיכה לאלכוהול (פרופ' נעמה ברקאי).

    עשינו שימוש במגוון כלים: מגנטיקה ועד גנומיקה (פרופ' לוי ופרופ' ברקאי), ביוכימיה (פרופ' באייר), מיקרו-ביולוגיה וביולוגיה חישובית  לעיצוב נתיב (פרופ' מילוא) וטכניקות אנליטיות מתוחכמות ומתקדמות לניתוח הרכב של ביו-מסה (פרופ' אהרוני). כל הפרויקטים הגיעו להישגים משמעותיים במגמה לפתח דורות חדשים של ביו-דלקים אשר לא יתחרו עם מזון.

פרויקטים נוספים

  • עיצוב מחדש של תוכן שומני באצות ימיות על ידי חיקוי ביולוגי של אסטרטגיות מטבוליות שוירוסים של אצות עושים בהן שימוש(אסף ורדי )
  • מסגרות מתכתיות-אורגניות מיקרו-מובנות באופן הומוגני/אחיד לאיחסון, שינוע ושחרור של אנרגיה(מילקו ון-דר-בום)
  • תרמודינמיקת קוונטים של מתקנים סולריים כמכונות חימום(גרשון קוריצקי)
  • האצת המרת Primary Metabolism לחומצות אמיניות ארומטיות כחומרים לייצור של ביו דלקים – הקשר לחומרים אלכוהוליים נדיפים בצמחים(גד גלילי)
  • רגולציה וביוסינתזה של גופי אצות שומניות(אביחי דנון, אורי פיק, אסף ורדי, אביגדור שרץ ואסף אהרוני)