Zespół badawczy z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii w Sydney opracował nowatorskie rozwiązanie pozwalające zwiększyć wydajność ogniw słonecznych. Mówi się nawet o wzroście do ponad 30 procent, co stanowiłoby znaczący krok naprzód wobec typowych paneli komercyjnych osiągających obecnie 20-25 procent.
Chłodniejsze, efektywniejsze i trwalsze panele słoneczne. Wszystko dzięki nowej warstwie
Kluczowym elementem tej technologii jest zjawisko rozszczepienia singletowego. W klasycznym ogniwie krzemowym wysokoenergetyczne fotony z niebieskiej części widma powodują nadwyżkę energii nośników ładunku, która następnie wytracana jest jako ciepło. Oto jednak zaproponowana przez naukowców warstwa pośrednia naniesiona na krzem wychwytuje te fotony i poprzez rozszczepienie singletowe przekształca energię jednego fotonu w dwa ekscytony (zwykle tripletowe) o energiach lepiej dopasowanych do przerwy energetycznej krzemu, dzięki czemu ogranicza straty cieplne i podnosi użyteczny prąd.
Gdy materiał rozszczepienia singletowego jest nałożony na ogniwo krzemowe, przechwytuje fotony o wysokiej energii i dzieli je na dwa ekscytony, które pasują do przerwy energetycznej krzemu. Podwaja to uzysk elektryczny z niebieskich fotonów o wysokiej energii i zmniejsza generowanie ciepła – wyjaśniają naukowcy.
Co istotne, to proponowane rozwiązanie nie wymaga całkowitej zmiany architektury paneli, jak ma to miejsce w przypadku skomplikowanych ogniw tandemowych. Jest to po prostu dodatkowa warstwa, którą można zastosować w istniejących już rozwiązaniach krzemowych i takie właśnie podejście znacznie ułatwia potencjalne wdrożenie do produkcji. Nie jest to jednak obszar, który jest eksplorowany po raz pierwszy, bo naukowcy tak naprawdę rozwiązali problem, który był znany specjalistom od lat.
Dotychczasowym wyzwaniem w pracach nad rozszczepieniem singletowym była niestabilność używanych materiałów. Wcześniejsze eksperymenty opierały się na tetracenie, a więc cząsteczce szybko ulegającej degradacji pod wpływem powietrza i światła słonecznego. Australijski zespół znalazł na to sposób, opracowując nową organiczną cząsteczkę w formie fotostabilnego związku, który nie tylko wytrzymuje warunki atmosferyczne, ale też jest kompatybilny z przemysłowymi metodami produkcji.
Czytaj też: Tego jeszcze nie było. Pierwszy na świecie sensowny akumulator wodorkowy
Teoretyczne modele wskazują na imponujące możliwości, bo wydajność konwersji energii mogłaby wzrosnąć nawet do 42 procent, choć w praktyce bardziej realne wydają się wartości około 30 procent, ale to i tak stanowiłoby znaczący postęp. Kolejną korzyścią jest obniżenie temperatury pracy paneli o około 2,4 stopnia Celsjusza. Może się to wydawać niewiele, ale w kontekście fotowoltaiki ma spore znaczenie. Tradycyjne panele tracą około 0,4 procent wydajności z każdym stopniem wzrostu temperatury. Chłodniejsza praca przekłada się więc nie tylko na większą żywotność, szacowaną na dodatkowe 4,5 roku, ale też na wyższą efektywność energetyczną. Warto jednak pamiętać, że teoria często różni się od rzeczywistości, a to zwłaszcza w przypadku produkcji na masową skalę.
Czy ta technologia ma szanse wyjść z laboratorium?
Badania, które wskazały na tę nową, innowacyjną warstwę dla paneli słonecznych, wspiera australijska agencja ARENA kwotą 4,8 miliona dolarów australijskich. Z kolei wśród partnerów przemysłowych znaleźli się tacy giganci jak Jinko Solar, JA Solar i LONGi, a to akurat jest bardzo ważna informacja, ponieważ zaangażowanie dużych firm produkcyjnych zwiększa szanse na rzeczywiste wdrożenie technologii. Zwłaszcza że zespół złożył już wniosek patentowy i pracuje nad skalowaniem produkcji.
Patrząc na całość, ta technologia opisana w dzienniku ASC Energy Letters wydaje się obiecująca, choć jak zawsze w takich przypadkach, kluczowe będzie jej sprawdzenie w warunkach komercyjnych. Jeśli uda się pokonać wyzwania związane z masową produkcją i utrzymaniem deklarowanych parametrów, możemy za kilka lat zobaczyć prawdziwą zmianę w efektywności paneli słonecznych. Dla przeciętnego użytkownika oznaczałoby to szybszy zwrot z inwestycji w fotowoltaikę, co przy rosnących cenach energii nie jest bez znaczenia.