Tenkovrstvové solárne články patria medzi najsľubnejšie technológie budúcnosti. Sú ľahké, ohybné a ich výroba je lacnejšia než pri klasických kremíkových paneloch. Doteraz ich však brzdila jedna zásadná nevýhoda. Stačilo čiastočné zatienenie a výkon prudko klesal, pričom dlhodobé namáhanie mohlo články nenávratne poškodiť.

Výskumníci z Hongkonskej polytechnickej univerzity teraz predstavili riešenie, ktoré tento problém výrazne obmedzuje. Vyvinuli nový perovskitovo organický tandemový solárny článok, ktorý si aj po dlhodobom vystavení nepriaznivým podmienkam zachoval takmer celý svoj pôvodný výkon.

Zatienenie je pre solárne články veľký problém

Počas bežnej prevádzky sa solárne panely často dostávajú do tieňa. Stačí oblak, konár stromu, komín, budova alebo dokonca vták a časť panela prestane prijímať slnečné žiarenie.

Práve vtedy vzniká jav označovaný ako spätné napätie. Zatienené články začnú spotrebúvať elektrickú energiu namiesto jej výroby, čo spôsobuje ich prehrievanie a postupnú degradáciu materiálu.

Pri tenkovrstvových technológiách ide o jeden z najväčších problémov, pretože tieto články prenášajú nielen elektróny, ale aj ióny. Dlhodobé pôsobenie spätného napätia môže viesť k trvalému poškodeniu aktívnych vrstiev.

Vedci našli príčinu degradácie

Výskumný tím podrobne analyzoval organické solárne články a zistil, že hlavným problémom sú takzvané hlboké pasce náboja. Ide o mikroskopické defekty v aktívnej vrstve, ktoré zachytávajú elektrické náboje a znižujú účinnosť celého zariadenia.

The Hong Kong Polytechnic University

Vedci preto upravili vnútornú štruktúru materiálu tak, aby sa počet týchto defektov výrazne znížil.

Výsledkom sú články, ktoré dokážu odolávať spätnému napätiu vyššiemu než mínus 35 voltov bez trvalého poškodenia. Ide o hodnotu, ktorá podľa autorov predstavuje nový štandard pre organické fotovoltické technológie.

Po dvoch tisícoch hodín si zachovali takmer celý výkon

Nové tandemové články absolvovali sériu náročných skúšok.

Pri spätnom napätí mínus 40 voltov si zachovali viac ako 90 percent pôvodnej účinnosti. Po dvanástich hodinách prevádzky pri mínus 20 voltoch zostalo zachovaných približne 90 % výkonu.

Najvýraznejší výsledok priniesol dlhodobý test. Po 2 000 hodinách prevádzky pri spätnom napätí mínus 4,5 voltu, čo predstavuje približne 83 dní nepretržitej záťaže, si články udržali rekordných 97 % svojej pôvodnej účinnosti.

Podľa autorov ide o výsledky, ktoré prekonávajú súčasné tenkovrstvové solárne technológie.

Vyššia účinnosť aj lepšia životnosť

Nový výskum nadväzuje na prácu toho istého tímu z minulého roka. Vtedy vedci predstavili tandemové články s účinnosťou premeny slnečnej energie 25,9 %.

Aktuálna verzia dosiahla účinnosť vyššiu než 26 % a zároveň výrazne zvýšila odolnosť voči poškodeniu spôsobenému zatienením.

The Hong Kong Polytechnic University

Tandemová konštrukcia navyše chráni citlivú perovskitovú vrstvu pred nežiaducim spätným prúdom, ktorý patrí medzi hlavné príčiny degradácie podobných článkov.

Dôležitý krok pre budúce solárne elektrárne

Perovskitové články sa považujú za jednu z najperspektívnejších technológií v oblasti fotovoltiky. Oproti klasickým kremíkovým panelom ponúkajú nižšie výrobné náklady, menšiu hmotnosť aj možnosť výroby flexibilných modulov.

Ich širšiemu nasadeniu však doteraz bránili otázky životnosti a spoľahlivosti.

Nové výsledky naznačujú, že práve tento problém sa vedcom postupne darí riešiť. Ak sa podarí potvrdiť rovnaké vlastnosti aj pri veľkovýrobe, mohli by sa odolnejšie perovskitovo organické tandemové články stať základom novej generácie solárnych panelov, ktoré budú spoľahlivo fungovať aj v podmienkach, kde dnešné tenkovrstvové technológie strácajú výkon.

Čítajte viac z kategórie: Tech