Nový rekord:  Technologie tandemových solárních článků překonala poprvé v historii 30% účinnost

• 28. 07. 2022
• Redakce

Historický úspěch

Zvyšování účinnosti přeměny energie solárních článků, nebo-li jejich účinnosti, je důležité ze dvou důvodů. Z dlouhodobého hlediska je to nejúčinnější způsob, jak snížit náklady na výrobu solární elektřiny. Z dlouhodobého hlediska je to nejlepší způsob, jak podpořit fotovoltaiku v aplikacích, kde je omezený prostor, např. na střechách, fasádách, vozidlech nebo dokonce v dronech.

A právě tento cíl sledují vědci, jenž vyvinuli nové hybridní (tandemové) solární články v rámci společného projektu, kterého se účastní výzkumníci ze švýcarských institutů EPFL a CSEM. Díky kombinací perovskitové a křemíkové vrstvy dosáhla nová technologie článků konverzní účinnost až 31,25 % na 1 cm2 plochy článků.

Nová technologie článků dokáže absorbovat viditelné sluneční světlo s vyšší energií v horní perovskitové části článku, zatímco infračervené světlo s nižší energií je absorbováno v dolní křemíkové části článku. Předností nové technologie má být nejen vyšší účinnost, ale také schopnost vyrábět tyto články za nízkých výrobních nákladů.

Průlomová technologie?

„Překonali jsme psychologickou bariéru v účinnosti solárních článků,“ říká Christophe Ballif, vedoucí Laboratoře fotovoltaiky EPFL a Centra udržitelné energie CSEM.

Hranice 30 % účinnosti již bylo dosaženo s jinými typy materiálů, konkrétně s polovodiči typu III-V. Tyto materiály a procesy používané k výrobě článků jsou však příliš drahé, a tudíž v praxi stěží akceptovatelné.

„Naše výsledky jako první ukazují, že 30% hodnotu v účinnosti tandemových článků lze překonat pomocí levných materiálů a procesů. Toto by mělo otevřít nové perspektivy pro budoucnost fotovoltaiky,“ zdůrazňuje Ballif.

Švýčarským vědcům se podařilo dosáhnout rekordní účinnosti článků hned dvakrát. První rekord představuje řešení, které dosáhlo účinnosti 30,93 % na 1cm2 solárního článku, přičemž šlo o tandemovou kombinaci perovskitové vrstvy na plochém křemíkovém povrchu. Ve druhém případě vědci vyzkoušeli také hybridní vypařovací technologii výroby články na texturovaném křemíkovém substrátu, kde se jim na stejné ploše podařilo dosáhnout dokonce 31,25% účinnosti. 

Oba nové rekordy společností švýcarských vědců byly nezávisle certifikovány Národní laboratoří pro obnovitelnou energii (NREL) ve Spojených státech.

Kdy se dočkáme nové technologie?

Dosažený úspěch v laboratorních podmínkách zdaleka neznamená, že nová technologie uspěje a dostane se do komerční velkosériové výroby. Problémů k dalšímu řešení je hned několik.

Za prvé, vědci dodávají, že musí pokračovat další výzkum a vývoj za zajištění, aby se tyto články daly vyrábět i v mnohem větších plochách, které jsou potřebné pro standardní solární panely.

Další důležitou věcí je dosažení dostatečné životnosti této technologie, která se u perovskitů většinou pohybuje kolem stovek až nižších tisícovek hodin pod neustálým přímým světlem (tedy v řádech měsíců při reálném nasazení, zatímco u tradičních křemíkových technologií jsou to desítky let).

„O tandemových technologiích na bázi perovskitu umístěného na křemíku se dlouhodobě říkalo, že mají potenciál překročit hranici účinnosti 30 %. Nám se to poprvé  v historii podařilo dosáhnout, což by snad mělo otevřít cestu k ještě levnější zelené elektřině v budoucnosti,“ uzavírá Christian Wolff z institutu EPFL.