Úspěch s českou stopou: Velmi levné DSC solární články mohou způsobit revoluci ve fotovoltaice

• 10. 11. 2022
• Redakce

Spolupráce s českými vědci

Vědci z EPFL dosáhli nového rekordu účinnosti solárních článků citlivých na barvivo (Dye-Sensitized Solar Cells, DSC). To otevírá nové obchodní příležitosti – na základě této technologie lze vytvářet průhledné solární panely. Na vývoji nového typu DSC článků pracovali také vědci z Akademie věd ČR ve spolupráci ze švýcarskými vědci z EPFL.

Nové generace DCS článků představuje malou revoluci ve fotovoltaice, neboť jejich výrazně zvýšená účinnost slibuje levné, transparentní a všudypřítomné panely Moderní solární články, známé také jako Grätzelovy články, vynalezli Brian O’Regan a Michael Grätzel v roce 1988 jako alternativní levný solární článek.

Podle sdělení vědců z EPFL dosahují nová články 15% účinnosti na přímém slunečním světle a až 30% účinnost v podmínkách rozptýleného slunečního světla.  Testování probíhalo při simulovaném slunečním světle, přičemž články dokázaly udržet dlouhodobou provozní stabilitu po dobu více než 500 hodin během testování.

Skupině vedené Grätzelem a jeho kolegou Andersem Hagfeldtem se podařilo zdokonalit kombinaci dvou nově vyvinutých molekul fotosenzibilizujícího barviva vyvinutím techniky, při níž se na povrch nanokrystalického mezoporézního oxidu titaničitého předem naadsorbuje monovrstva derivátu kyseliny hydroxamové. To zpomaluje adsorpci obou senzitizérů a umožňuje vytvoření dobře uspořádané a hustě zabalené vrstvy senzitizéru na povrchu oxidu titaničitého.

Princip fungování

Samotný princip funkce DSC článků spočívá ve změnách, které v buňkách nastávají v důsledku absorpce slunečního záření o různé vlnové délce, při využití fotosenzitivního barviva. Něco podobného totiž se již v přírodě využívá v rostlinách či motýlích křídlech, které mají mikroskopickou strukturu, která absorbuje sluneční záření a teplo nebo ve fotosyntéze v rostlinách, protože využívá výměnu elektronů v elektrolytu a přírodní barvivo.

Když na článek zasvítí slunce, fotony projdou vrchní průhlednou katodou, elektrolytem a dopadnou na vrstvu barviva. Z něj vyrazí elektron a udělí mu takovou energii, že se nanotrubičkami oxidu titaničitého k záporné elektrodě.

V barvivu po něm zůstane kladně nabitá díra, která přijme elektron z jódu v elektrolytu. Kladně nabitý jódový iont pak putuje elektrolytem ke kladné elektrodě, kde přijme elektron a cyklus se opakuje.

Levná výroba průhledných panelů

Klíčovým úspěchem švýcarských vědců se stal vývoj nové kombinace fotosenzibilizačních materiálů, které mohou absorbovat celé světelné spektrum. Fotoelektrochemický systém, jehož základem je polovodič vytvořený mezi světlocitlivou anodou a elektrolytem, přeměňuje elektromagnetické záření na elektrickou energii.

Nové solární články jsou flexibilní, relativně levné a mohou být vyráběny pomocí konvenčních tiskových technik z pásu na kotouč. Teoreticky jim poměr cena/výkon umožní konkurovat způsobům výroby elektřiny, na které jsme zvyklí.

Příklad první komerční aplikace nového DSC článků již existuje (viz obrázek výše) – solární okna vyrobená touto technologií jsou instalována v konferenčním centru SwissTech. Jejich schopnost vyrábět elektřinu je však stále omezena nedostatečnou účinností ve srovnání s tradičními solárními články.

Současné solární články citlivé na barvu (DSC) se sice vyrábějí ve velkém měřítku, ale jsou méně účinné při přeměně slunečního světla na energii než běžné solární panely. Nedávné pokroky vědců z EPFL v oblasti fotosenzitizérů a dalších komponent solárních článků zlepšily účinnost konverze jak při slunečním záření, tak při okolním světle.

Protože konstrukce barvivových článků je ve směs z levných materiálů, které se snadno vyrábějí, má být cena takových solárních panelů velmi nízká. V budoucnu by se účinné solární články mohly stát zdroji energie a náhradou baterií pro elektronická zařízení s nízkou spotřebou energie, která jako primární zdroj energie využívají okolní světlo. Velké budovy a skleníky by zároveň mohly napájet elektrickou síť tím, že by vyráběly více energie, než spotřebují.