Vedci pridali iba jednu molekulu. Lacné solárne články dosiahli rekordnú účinnosť

Solárna energia patrí k najrýchlejšie rastúcim zdrojom obnoviteľnej elektriny na svete. Každý rok pribúdajú nové inštalácie na strechách domov aj v priemyselných parkoch, no vedci medzitým pracujú na tom, aby boli solárne panely ešte účinnejšie.

Čím viac slnečného svetla dokáže panel premeniť na elektrinu, tým menej panelov treba na pokrytie rovnakej spotreby, čo môže výrazne znížiť náklady aj nároky na zastavanú plochu.

Tím výskumníkov zo Singapurskej národnej univerzity, Singapurského inštitútu pre výskum solárnej energie a čínskeho výrobcu solárnych panelov JinkoSolar sa rozhodol riešiť jeden dlhodobý problém, ktorý bránil solárnym článkom na báze kremíka a perovskitu dosiahnuť ich plný potenciál. Výsledky ich práce boli publikované vo vedeckom časopise Nature Energy.

Lacné, ale s technickými nedostatkami

Kremíkové solárne panely sú dnes priemyselným štandardom, no ich účinnosť naráža na fyzikálne obmedzenia. Perovskitové materiály sľubujú vyššiu výkonnosť a nižšie výrobné náklady, avšak samé o sebe degradujú rýchlejšie, najmä pri vystavení vlhkosti alebo teplu.

Práve preto dnes vedci skúmajú takzvané tandemové solárne články, ktoré kombinujú kremíkovú a perovskitovú vrstvu uloženú na sebe, pričom každá z nich zachytáva inú časť slnečného spektra.

Problém je v tom, že tenké kremíkové doštičky používané v tandemových článkoch rýchlo odvádzajú teplo a spôsobujú príliš rýchlu kryštalizáciu perovskitovej vrstvy počas výroby.

Keď kryštalizácia prebehne príliš rýchlo a nekontrolovane, v perovskitovej vrstve vznikajú mikroskopické dutiny a defekty, ktoré znižujú celkovú efektivitu článku. Toto bol dlhodobo ignorovaný, no kľúčový problém pri pokuse zaradiť perovskitové články do bežnej priemyselnej výroby.

Singapurskí vedci prišli s riešením

Riešenie prišlo v podobe špeciálnej chemickej prísady. Výskumníci pridali do perovskitovej vrstvy molekulu s názvom 2-merkaptobenzotiazol, ktorá spomaľuje kryštalizáciu a dáva materiálu čas na rovnomerné usporiadanie. Táto molekula sa viaže na organické zložky perovskitu a funguje ako regulátor celého procesu, vďaka čomu vznikne rovnomernejšia a kvalitnejšia vrstva bez nežiaducich defektov.

Gemini

Výsledky testov boli presvedčivé. Tandemové solárne články ošetrené touto prísadou dosiahli certifikovanú účinnosť 32,76 percenta, pričom po viac ako 1 700 hodinách nepretržitej prevádzky si zachovali 91 percent svojho pôvodného výkonu.

Pri testovaní za štandardných podmienok osvetlenia dosiahol prototypový článok s plochou 0,925 štvorcového centimetra účinnosť 33,62 percenta. Certifikáciu výsledkov zabezpečilo Čínske národné metrologické a testovacie centrum pre fotovoltaiku.

Jednoduché zakomponovanie do výrobného procesu

Dôležité je aj to, kde presne sa výskum pohybuje v porovnaní so svetovou špičkou. Aktuálny svetový rekord pre tandemové články kremíka a perovskitu drží čínska spoločnosť LONGi Solar s hodnotou 34,85 percenta. Singapurský výskum teda neprekoná rekord, jeho skutočná hodnota ale spočíva niekde inde.

Tím totiž ukázal, ako dosiahnuť vysokú účinnosť na bežných priemyselných kremíkových doskách typu TOPCon, ktoré sa už dnes masovo vyrábajú. To znamená, že nový postup by sa mohol relatívne jednoducho zaradiť do existujúcich výrobných liniek bez potreby zásadnej prestavby tovární.

Vedci veria, že ich prístup nie je obmedzený len na konkrétny typ materiálov a mohol by sa v budúcnosti uplatniť aj pri iných kombináciách perovskitových vrstiev.

Ak sa to potvrdí, mohlo by ísť o dôležitý krok smerom k tomu, aby sa tandemové solárne články stali bežnou súčasťou trhu a nielen laboratórnym experimentom. Solárna energetika tak môže byť bližšie k ďalšiemu výkonnostnému míľniku, ktorý pocítime na účte za elektrinu.

Čítajte viac z kategórie: Novinky