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

Číňania chystajú SUV ako Defender za zlomok ceny. Novinka má stáť okolo 17 900 €

Tradičná automobilka s lacným EV uteká z Číny. Európske logo ju pred clami nezachránilo

Solárne a veterné parky vraj ničia ceny domov. 20-ročná štúdia priniesla prekvapivý výsledok

Kórejci vracajú elektromobilom to, čo im vodiči vyčítali. Tri nové autá poslali rovno do Európy

Vyrobili ich už 200-tisíc. Úspešné elektrické SUV dostane batériu, ktorá zvládne až 1 milión km
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP

Stačia 3 slová: Jednoduchou frázou zmierniš napätie pri hádke a odstrániš úzkosť, radí psychologička
PREMIUMStačí ti 5-tisíc followerov a dokážeš zarobiť: Koľko dostávajú najlepší slovenskí influenceri? (ROZHOVOR)

Profily pod menom Fikiho Sulíka zahájili útok proti Vallovi. Ráž reaguje, marketér hovorí o antikampani

Predpovedal víťazstvo Trumpa a teraz varuje pred najhorším. Odhalil päť temných scenárov pre rok 2027

Lekári varujú pred chybou, ktorú robia mnohí rodičia. 5 jednoduchých návykov ochráni deti pred kolotočom jesenných viróz
- 24 hod
- 48 hod
- 7 dní
-
- Toto sa Volkswagenu podarilo. Lacný elektromobil ľudia vypredali na 10 mesiacov dopredu
- Zmerali emisie 220 000 áut a výsledok je zarážajúci. Obľúbený pohon zlyhal na celej čiare
- Maximálka 120 km/h, LFP batéria a nízka cena. Zaujímavá motorka mieri do Európy
- Vyrobili ich už 200-tisíc. Úspešné elektrické SUV dostane batériu, ktorá zvládne až 1 milión km
- Ich zisk padol o 74 % a musia konať. Nemecká automobilka chystá veľkú zmenu
-
- Toto sa Volkswagenu podarilo. Lacný elektromobil ľudia vypredali na 10 mesiacov dopredu
- 2,6 kilometra pod zemou vzniká baňa novej generácie. Diesel v nej nahradilo 66 elektrických strojov
- Zmerali emisie 220 000 áut a výsledok je zarážajúci. Obľúbený pohon zlyhal na celej čiare
- Ich zisk padol o 74 % a musia konať. Nemecká automobilka chystá veľkú zmenu
- Vyrobili ich už 200-tisíc. Úspešné elektrické SUV dostane batériu, ktorá zvládne až 1 milión km
-
- 2,6 kilometra pod zemou vzniká baňa novej generácie. Diesel v nej nahradilo 66 elektrických strojov
- Toto sa Volkswagenu podarilo. Lacný elektromobil ľudia vypredali na 10 mesiacov dopredu
- Ich zisk padol o 74 % a musia konať. Nemecká automobilka chystá veľkú zmenu
- Svätý grál elektromobilov ide do výroby. Prelomová batéria má 381 Wh/kg, stojí za ňou Mercedes
- Zmerali emisie 220 000 áut a výsledok je zarážajúci. Obľúbený pohon zlyhal na celej čiare
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

Stačia 3 slová: Jednoduchou frázou zmierniš napätie pri hádke a odstrániš úzkosť, radí psychologička
PREMIUMStačí ti 5-tisíc followerov a dokážeš zarobiť: Koľko dostávajú najlepší slovenskí influenceri? (ROZHOVOR)

Profily pod menom Fikiho Sulíka zahájili útok proti Vallovi. Ráž reaguje, marketér hovorí o antikampani

Predpovedal víťazstvo Trumpa a teraz varuje pred najhorším. Odhalil päť temných scenárov pre rok 2027

