Fotovoltaický rekordman s téměř 40% účinností
Vědci z americké NREL překonali světový rekord v účinnosti solárních článků. Jimi vytvořené zařízení dosahuje hodnoty téměř 40 %, což je zatím nejvyšší účinnost zaznamenaná pro solární článek v reálných podmínkách.
Podrobnosti o vývoji prezentovali vědci z National Renewable Energy Laboratory (NREL) v odborném magazínu Joule v příspěvku: Solární články s trojitým spojením s 39,5 % pozemní a 34,2 % vesmírné účinnosti, kterou umožňují silné supermřížky kvantových vrtů.
Nejde sice o vůbec nejvyšší hodnotu energetické účinnosti fotovoltaického systému, některé experimentální solární články zaznamenaly účinnost až 47 %, ale v podmínkách s vysoce koncentrovaným světlem, zatímco v tomto případě bylo účinnosti 39,5 % dosaženo za světelných podmínek ekvivalentních slunečním – naměřené při osvětlení „one-Sun“, jak by mohl článek fungovat v reálném světě. Tím nový solární článek překonal dosavadní rekord výzkumného týmu s 39,2% účinností dosažené před dvěma roky pomocí šestistupňového solárního článku využívajícího materiály III-V.
Výkonnější na Zemi i ve vesmíru
Je to výrazně více, než hodnota, kterou dosahují běžně používané křemíkové solární články a nové perovskitové solární články s účinností kolem 25 %, přičemž tandemové solární články, které kombinují oba materiály, se blíží 30 %. Nový FV článek NREL byl také testován na fungování ve vesmíru, pokud by byl použit k napájení satelitů a dalších kosmických lodí – i za těchto podmínek dosáhl úctyhodné účinnosti 34,2 %.
Novinka využívá nově vyvinutou architekturu, označovanou jako invertované metamorfní multifunkční (IMM) články a obsahuje tři „přechody“, tj. prvky, které produkují elektrický proud v reakci na světlo. Každý z těchto spojů je vyroben z jiného materiálu – v tomto případě je to fosfid gallium indium (GaInP) v horní vrstvě, arsenid galia (GaAs) uprostřed a arsenid galia a india (GaInAs) s neshodou v mřížce na spodku – přičemž každý materiál reaguje na odlišnou vlnovou délku světla a byl během desetiletí výzkumu vysoce optimalizován, aby zachytil a využil jiný úsek slunečního spektra. To umožňuje článku jako celku vytěžovat více energie z celého světelného spektra.
Tajemství skryté v kvantových jamkách
Dalším faktorem, který přispěl k nové rekordní účinnosti, bylo vytvoření střední vrstvy s kvantovými studnami, které využívají mnoho velmi tenkých vrstev k úpravě vlastností solárních článků. Vložením vodivé vrstvy mezi dva další materiály s širším pásmem, jsou elektrony omezeny na dva rozměry, což rovněž umožňuje materiálu zachytit více světla. Střední vrstva tohoto solárního článku obsahovala na 300 takovýchto kvantových vrtů, to posunulo celkovou účinnost na novou úroveň.
Tato inovace by výhledově mohla znamenat důležitý průlom pro technologii fotovoltaických článků, ale podle vědců je tu jedna zásadní překážka: Výroba tohoto typu článku je poměrně nákladná, takže ke snížení nákladů a otevření nových aplikací bude ještě zapotřebí další práce.
Josef Vališka
Foto: Wayne Hicks, NREL
62
