by Solární články překonaly klíčový milník 30% energetické účinnosti po inovacích několika výzkumných skupin po celém světě. Tento čin z něj podle jednoho odborníka dělá „přelomový“ rok a mohl by urychlit nasazení solární energie.
Dnešní solární panely využívají články na bázi křemíku, ale rychle se blíží maximální přeměně slunečního světla na elektřinu ve výši 29 %. Podle vědců se zároveň musí desetkrát zvýšit rychlost instalace solární energie, aby se vyřešila klimatická krize.
Průlomem je přidání vrstvy perovskitu, dalšího polovodiče, na křemíkovou vrstvu. To zachycuje modré světlo z viditelného spektra, zatímco křemík zachycuje červené světlo, čímž se zvyšuje celkové zachycené světlo. S větším odběrem energie na článek jsou náklady na solární energii ještě levnější a nasazení může probíhat rychleji, aby se pomohlo udržet globální oteplování pod kontrolou.
„tandemové“ články perovskit-křemík byly zkoumány asi deset let, ale nedávná technická vylepšení je nyní posunula za hranici 30 %. Odborníci uvedli, že pokud bude náběh výroby tandemových článků probíhat hladce, mohly by být komerčně dostupné do pěti let, přibližně ve stejnou dobu, kdy dosáhnou špičkové účinnosti pouze křemíkové články.
Příbuzný: Čína je na cestě ke splnění cíle větrné a solární energie pět let před plánovaným termínem
Dvě skupiny zveřejnily podrobnosti o svých průlomech v účinnosti ve čtvrtek v časopise Science a o nejméně dvou dalších je známo, že se posunuly výrazně nad 30 %.
“Letošní rok je přelomový,” řekl profesor Stefaan De Wolf z King Abdullah University of Science and Technology v Saúdské Arábii. “Je velmi vzrušující, že se věci pohybují rychle s více skupinami.”
Současný rekord účinnosti pouze pro křemíkové solární články je 24,5 % v komerčních článcích a 27 % v laboratoři. Ten může být tak blízko, jak se buňky mohou dostat k teoretickému maximu 29 %.
Ale skupina vedená profesorem Stevem Albrechtem z Berlínského Helmholtzova centra pro materiály a energii v Německu nyní zveřejnila informace o tom, jak dosáhli účinnosti až 32,5 % pro buňky.silicon-perovskite. Druhá skupina, vedená Dr. Xinem Yu Chinem z Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, Švýcarsko, prokázala účinnost 31,25 % a uvedla, že tandemové články mají „potenciál vysoké účinnosti a nízkých výrobních nákladů“.
“To, co tyto dvě skupiny ukázaly, jsou skutečně milníky,” řekl De Wolf. Jeho vlastní skupina dosáhla v červnu 33,7% účinnosti s tandemovým článkem, ale výsledky ještě nezveřejnila v časopise. Všechna měření účinnosti byla nezávisle ověřena.
„Překročení hranice 30 % poskytuje jistotu, že na trh lze uvést vysoce výkonné a levné fotovoltaické články,“ řekl De Wolf. Globální kapacita solární energie dosáhla v roce 2022 1,2 terawattu (TW).
Solární průmysl je také součástí závodu o vysokou účinnost. Čínská společnost LONGi, největší světový výrobce solárních článků, v červnu oznámila, že ve svém výzkumu dosáhla 33,5 %. “Snižování nákladů na elektřinu zůstává věčným tématem rozvoje fotovoltaického průmyslu,” řekl Li Zhenguo, předseda LONGi.
“Průmysl se točí velmi, velmi rychle,” řekl De Wolf. “A jsem si jistý, že v Číně na tom pracuje několik společností.” Evropa a Spojené státy musí zvýšit své financování výzkumu a vývoje, aby následovaly a pomohly urychlit zavádění solární energie, řekl.
Všechny vysoce účinné tandemové články nad 30% účinností jsou zatím malé, měří 1 cm x 1 cm. Nyní by měly být zvětšeny na komerční velikost buněk, což jsou čtverce o velikosti 16 cm.
Zvyšování již probíhá a britská společnost Oxford PV v květnu oznámila rekordní účinnost 28,6 % pro článek komerční velikosti. „Solární energie je již jednou z nejlevnějších a nejčistších dostupných forem energie a naše technologie ji učiní ještě dostupnější,“ řekl Chris Case, technologický ředitel společnosti Oxford PV.
Fotovoltaický článek Oxford byl vyroben na stejné výrobní lince jako konvenční pouze křemíkové články, což značně usnadňuje velkovýrobu tandemových článků. Tandemové články mohou být dražší než pouze křemíkové články, ale články tvoří jen malou část nákladů na výrobu a instalaci solárních panelů, řekl De Wolf.
Jeden problém, který zbývá vyřešit, je rychlost, jakou tandemové buňky degradují v průběhu času v podmínkách reálného světa. Dnešní solární články mají po 25 letech stále 80-90% kapacitu a De Wolf řekl, že tandemy by tomu měly odpovídat, ale o jejich stabilitě jsou k dispozici pouze omezené údaje.
Klíčem k vyšším výtěžkům tandemových buněk z německé a švýcarské skupiny bylo vypořádat se s drobnými defekty na povrchu perovskitové vrstvy. Ty umožňují, aby některé elektrony uvolněné slunečními fotony proudily zpět do perovskitu, spíše než aby přispívaly k elektrickému proudu buňky a snižovaly tak její účinnost.
Řešením bylo vložit vrstvu organických molekul mezi perovskit a vodivou vrstvu procházející proudem, která kompenzovala defekty.
Je příznačné, že všechny skupiny používaly k řešení problému různé metody, které poskytovaly více možností při hledání nejlepšího komerčního designu, řekl De Wolf. “Stále je spousta prostoru, kam jít dál,” řekl. “Věřím, že praktický limit je hodně přes 35 procent.”
Profesor Rob Gross, ředitel UK Energy Research Centre, řekl: „Solární energie je již levný způsob výroby elektřiny a má velkou základnu zdrojů po celém světě. Již dosažené snížení nákladů je hlavním důvodem, proč nyní solární energie hraje tak důležitou roli ve scénářích dekarbonizovaného energetického systému. Zlepšení účinnosti má potenciál zvýšit produkci solární energie, a pomůže tedy tento účinek posílit.
Existují i další technologie, jako jsou vícespojkové články, které mohou mít účinnost až 47 %, ale jejich výroba je velmi nákladná a byly by vhodné pouze pro specializované použití, jako jsou vesmírné družice nebo když je sluneční světlo silně soustředěno na buňky.
