Prelom vo využívaní solárnej energie: Ako fyzici prekonali rekord v účinnosti solárnych buniek

Každý deň dopadá na povrch Zeme ohromné množstvo slnečného žiarenia, ktoré by mohlo byť využité ako takmer nekonečný zdroj čistej energie. Napriek tomu, viac ako 50 rokov od objavenia solárnych buniek sa ich účinnosť zlepšovala len pomaly. Avšak, nedávny prelom vo vývoji solárnych technológií môže všetko zmeniť. Vedcom z Oxford PV sa podarilo vytvoriť nový druh solárneho článku s materiálom zvaným perovskit, ktorý prekonal rekord v účinnosti a je prvým komerčne dostupným produktom svojho druhu.

Kľúčové poznatky

• Perovskitové solárne články: Inovatívny materiál, ktorý umožňuje vyššiu účinnosť než tradičné kremíkové články.
• Tandemové solárne články: Kombinujú viaceré vrstvy materiálov, čím sa maximalizuje využitie širokého spektra slnečného svetla.
• Účinnosť a náklady: Aj keď nové články sú drahšie na výrobu, generujú viac elektriny než ich tradičné náprotivky, čo vedie k nižším nákladom na energiu.

Cesta ľudstva k zachyteniu slnečnej energie

História solárnych technológií začala objavením fotovoltaického efektu francúzskym fyzikom Edmundom Becquerelom v roku 1839. Avšak prvé reálne použiteľné solárne články sa objavili až o mnoho desiatok rokov neskôr. V roku 1954 vyvinuli laboratóriá Bell kremíkový solárny článok s účinnosťou len 6%. Aj keď bol tento objav oslavovaný ako krok k využívaniu slnečnej energie, účinnosť kremíkových článkov sa za celú dekádu zlepšila iba na približne 18-20%.

Ako sme prekonali limit solárnej účinnosti

Kľúčom k novej úrovni účinnosti bolo zavedenie perovskitových solárnych článkov. Perovskitový materiál, prvýkrát objavený v roku 1839, má unikátnu kryštalickú štruktúru, ktorá umožňuje vysokú absorpciu svetla už v tenkej vrstve. Tieto články môžu byť až 100-krát tenšie ako kremíkové a dokážu efektívne absorbovať rôzne pásma slnečného spektra.

Vedci z Oxford PV sa rozhodli skombinovať perovskit so silicou v tzv. tandemových solárnych článkoch. Tento dizajn sa zameriava na absorpciu vyššieenergetických modrých fotónov pomocou perovskitu, zatiaľ čo červené fotóny absorbujú kremíkové vrstvy. Táto kombinácia viedla k prekonaniu teoretickej maximálnej účinnosti silicových článkov.

Budúcnosť solárnej energie

Napriek tomu, že výroba perovskitových článkov je v súčasnosti drahšia, ich schopnosť generovať väčšie množstvo elektriny robí energiu z nich viac konkurencieschopnou. Výskum a vývoj pokračuje s cieľom zvýšiť počet vrstiev a zlepšiť životnosť týchto zariadení, čím by sa ich účinnosť mohla ešte zvýšiť. Technológie ako táto majú potenciál výrazne posunúť ľudstvo bližšie k budúcnosti, kde budeme schopní efektívne využívať energiu z nášho najväčšieho zdroja – Slnka.

Záver

Nové perovskitové solárne články sú dôkazom toho, že s inovatívnym prístupom a dôkladným výskumom je možné prekonávať aj zdánlivé limity stanovené fyzikou. Dôležitá je nielen efektivita, ale aj schopnosť preniesť tieto inovácie do masovej výroby a každodenného života. Tento prelom by mohol byť jedným z kľúčových krokov na ceste k trvalo udržateľnej budúcnosti.

Dôležité odkazy

• Oxford PV – Prvý na svete, kto uviedol na trh perovskitové solárne články
• Viac informácií o solárnych technológiách nájdete v štúdiách zverejnených v odborných publikáciách týkajúcich sa fyziky a energetiky.

Približne 159 gCO₂ bolo uvľnených do atmosféry a na chladenie sa spotrebovalo 0.79 l vody za účelom vygenerovania tohoto článku.