Solárne články trhli nový rekord. Klasickým sa nevyrovnajú, riešia však kritický problém
Vedci z japonského výskumného centra National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) oznámili nový rekord v účinnosti solárnych článkov využívajúcich polovodičový materiál CuGaSe₂.
Dostaň Fontech do svojich Google odporúčaní
Pridať ako preferovaný zdroj Fontech, odkaz sa otvorí v novom okneExperimentálny fotovoltický článok dosiahol účinnosť premeny slnečnej energie na elektrinu na úrovni 12,28 %, čo predstavuje najlepší doteraz publikovaný výsledok pre širokopásmové chalkogenidové solárne články v energetickom pásme približne 1,65 až 1,75 eV, upozorňuje Interesting Engineering.
Zbaví sa drahého prvku
Použitý materiál, známy ako Copper gallium selenide, patrí do rodiny chalkopyritových polovodičov. Ide o príbuzný materiál technológie Copper indium gallium selenide (CIGS), ktorá sa už dlhšie využíva v tenkovrstvovej fotovoltike. Zásadný rozdiel spočíva v tom, že CuGaSe₂ neobsahuje indium, ktoré patrí medzi relatívne vzácne a drahé prvky. Práve absencia india robí z tohto materiálu perspektívneho kandidáta pre budúce generácie ekologickejších a potenciálne lacnejších solárnych technológií.
Fyzikálne vlastnosti CuGaSe₂ sú pre fotovoltiku mimoriadne zaujímavé. Materiál má priamu energetickú medzeru približne 1,68 eV, čo znamená, že veľmi efektívne absorbuje viditeľné svetlo. Takáto hodnota bandgapu je ideálna najmä pre horné vrstvy tandemových solárnych článkov, kde sa kombinuje viacero polovodičových materiálov s rôznou energetickou medzerou.
Širokopásmový materiál v hornej vrstve zachytáva vysokoenergetické fotóny zo slnečného spektra, zatiaľ čo spodná vrstva využíva fotóny s nižšou energiou. Výsledkom je výrazne vyššia celková účinnosť než pri klasických jednovrstvových článkoch.
Vedúci autor štúdie Shogo Ishizuka zdôrazňuje, že dosiahnutá účinnosť 12,28 % je zatiaľ najvyššia hodnota zaznamenaná pre širokopásmové chalkogenidové články bez obsahu india. Rekord zároveň prekonal predchádzajúce výsledky uvedené v prestížnom prehľade účinností fotovoltických technológií publikovanom v časopise Progress in Photovoltaics.
Jedným z dôvodov dobrého výkonu CuGaSe₂ je jeho vysoká tolerancia voči kryštálovým defektom. V mnohých polovodičových materiáloch spôsobujú nedokonalosti v kryštálovej mriežke výrazné straty energie, pretože urýchľujú rekombináciu nosičov náboja.
Implementuje viacero vylepšení
V prípade CuGaSe₂ však materiál dokáže tieto defekty relatívne dobre tolerovať, čo znamená, že elektróny a diery majú väčšiu šancu byť zachytené elektródami skôr, než sa navzájom zrekombinujú. Táto vlastnosť je kľúčová pre stabilnú prevádzku solárneho článku.
Samotná štruktúra rekordného zariadenia je výsledkom veľmi presne riadeného výrobného procesu. Absorpčná vrstva z CuGaSe₂ vznikla trojstupňovým depozičným postupom, počas ktorého vedci pridávali malé množstvá hliníka a fluoridu rubídia. Prítomnosť týchto prvkov upravuje elektrické vlastnosti materiálu a pomáha zvyšovať napätie článku naprázdno, čo je jeden z kľúčových parametrov určujúcich jeho účinnosť.

Zaujímavou konštrukčnou úpravou je aj implementácia takzvaného spätného povrchového poľa (back-surface field). Hliník je integrovaný v zadnej oblasti absorpčnej vrstvy, kde vytvára elektrické pole smerujúce nosiče náboja späť k aktívnej oblasti článku. Tým sa znižujú energetické straty a zlepšuje zber minoritných nosičov náboja, čo sa prejavuje vyšším napätím naprázdno aj lepším tzv. fill factorom.
Celý článok je postavený na substráte zo sodnovápenatého skla, na ktorom sa nachádza molybdénový zadný kontakt. Nad ním leží absorpčná vrstva z CuGaSe₂ bez obsahu india. Nasleduje približne 150-nanometrová vrstva sulfidu kadmia fungujúca ako pufrová vrstva, na ktorú nadväzuje priehľadná vrstva oxidu zinočnatého a nakoniec kovová mriežková elektróda. Takto navrhnutá viacvrstvová architektúra zabezpečuje efektívny transport náboja a maximálne využitie dopadajúceho slnečného žiarenia.
Výskumníci zároveň upozorňujú, že ide zatiaľ o základný výskum. Cieľom projektu je predovšetkým vývoj širokopásmových materiálov vhodných ako horné články pre tandemové fotovoltické systémy. Aby sa technológia mohla reálne uplatniť v praxi, bude potrebné ju skombinovať s kompatibilným spodným článkom a vytvoriť kompletnú tandemovú architektúru.
Čítajte viac z kategórie: Elektromobilita
Ďakujeme, že čítaš Fontech. V prípade, že máš postreh alebo si našiel v článku chybu, napíš nám na redakcia@fontech.sk.
Teraz čítajú

Švédi chystajú pre Európu nový dostupnejší elektromobil. Dorazí prekvapivo skoro

Čakali 7 rokov a nakoniec nedostali nič. Ikonické auto Tesly dostalo tvrdú stopku, prázdne sľuby zhasli

EÚ zaťala do živého. Do áut pribudlo nechcené zariadenie, ktoré pobúrilo vodičov

Európania podľahli novému elektromobilu. Objednalo si ho už 50 000 ľudí, výroba nestíha

Nafta dostáva tvrdú ranu. Švédska značka spúšťa gigantickú výrobu elektroťahačov
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP

VOĽBY ONLINE: Prezident Pellegrini čakal v rade s ostatnými voličmi, odvolené majú už aj Šutaj Eštok či Michal Šimečka

Lasica Banášovi: „Mne sa vyhrážať nebudeš.“ Hana Lasicová zverejnila staré listy, rodina zvažuje právne kroky

AKTUÁLNE: Moratórium na voľby sa zatiaľ predĺži v troch krajoch

Meteorológovia varujú pred kolapsom: Spojenie El Niňa a oslabeného polárneho víru prinesie v zime arktické peklo

Finančná správa otvára masívny nábor: Nástupný plat prekračuje 1 500 eur, pri troch pozíciách ti stačí stredná škola
- 24 hod
- 48 hod
- 7 dní
-
- Európania podľahli novému elektromobilu. Objednalo si ho už 50 000 ľudí, výroba nestíha
- Definitívny obrat? Známy ropný gigant na svojich čerpačkách prestáva predávať benzín a naftu
- Elektromobil od Volkswagenu za 11-tisíc eur je realitou. Má brutálnu AI výbavu a dojazd 465 km
- Do Európy mieri nová čínska automobilka. Huawei v jej autách nahradí nemecký Bosch
- Európania našli spôsob, ako obísť vysoké clá na čínske autá. Predaj týchto EV vystrelil o 280 %
-
- Elektromobil od Volkswagenu za 11-tisíc eur je realitou. Má brutálnu AI výbavu a dojazd 465 km
- Európania podľahli novému elektromobilu. Objednalo si ho už 50 000 ľudí, výroba nestíha
- Definitívny obrat? Známy ropný gigant na svojich čerpačkách prestáva predávať benzín a naftu
- Do Európy mieri nová čínska automobilka. Huawei v jej autách nahradí nemecký Bosch
- Európania našli spôsob, ako obísť vysoké clá na čínske autá. Predaj týchto EV vystrelil o 280 %
-
- Automobilky oklamali svet a budú platiť. Obľúbený pohon zlyhal na celej čiare, produkuje veľké emisie
- Brusel pritvrdzuje: Vodiči dostali novú povinnosť. Nevyhnú sa jej ani staršie autá
- EÚ ide po vodičoch. Drastické zmeny pocítia aj Slováci, za toto ti môžu zobrať vodičák (PREHĽAD)
- Elektromobil od Volkswagenu za 11-tisíc eur je realitou. Má brutálnu AI výbavu a dojazd 465 km
- Do Európy mieri nová čínska automobilka. Huawei v jej autách nahradí nemecký Bosch
Volkswagen prepustí až 100-tisíc ľudí. Z Nemecka napriek tomu zazneli prekvapivé slová
Európa čakala veľký solárny prepad. Zatmenie ukázalo, prečo veľké číslo pre Slovensko neplatilo
Výrobcom počítačov a mobilov končí obľúbený trik. EÚ prísne skoncuje s falošnou ekológiou
Má stáť zelená energia 120 eur za MWh? ÚRSO označil zelenú energiu za drahý omyl, pravda je iná
Európa chcela odstrihnúť Putina, deje sa však opak. Dovoz ruského LNG prudko vzrástol
USA chystajú vesmírny štít za 160 miliárd eur. Prvý ostrý zásah príde v roku 2029
Mochovce dosiahli kľúčový míľnik. Štvrtý blok už rozbehol jadrovú reakciu
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP

VOĽBY ONLINE: Prezident Pellegrini čakal v rade s ostatnými voličmi, odvolené majú už aj Šutaj Eštok či Michal Šimečka

Lasica Banášovi: „Mne sa vyhrážať nebudeš.“ Hana Lasicová zverejnila staré listy, rodina zvažuje právne kroky

AKTUÁLNE: Moratórium na voľby sa zatiaľ predĺži v troch krajoch

Meteorológovia varujú pred kolapsom: Spojenie El Niňa a oslabeného polárneho víru prinesie v zime arktické peklo

