Vedci z austrálskej univerzity prišli s riešením, ktoré premieňa doteraz nevyužitú časť slnečného žiarenia na elektrinu. Ak sa ich experiment potvrdí, solárnu energetiku čaká revolúcia.
Kremíkové solárne panely dosahujú hranice svojich možností. Bežné modely dnes premieňajú na elektrinu len približne 22 % slnečného žiarenia, najlepšie laboratórne typy o niečo viac – do 27 %. Zvyšok energie sa stráca ako teplo. Vedci z University of New South Wales (UNSW) v Sydney však podľa portálu Živé prišli s novou metódou, ktorá by mohla tieto limity výrazne posunúť.
Bariéra kremíka: prečo sa účinnosť už roky nehýbe
Základom väčšiny fotovoltických panelov je kremík – lacný, stabilný a spoľahlivý materiál, no s fyzikálnymi obmedzeniami. Jeho teoretické maximum je 29,4 %, čo znamená, že takmer dve tretiny slnečnej energie sa nikdy nepremenia na elektrinu.
Problém je najmä v tom, že fotóny v modrej časti spektra nesú viac energie, než dokáže kremík využiť. Ich „nadbytočná“ energia sa preto mení na teplo, čo znižuje efektivitu aj životnosť panelov.
Proces „singlet fission“
Tím Omega Silicon z UNSW stavia na fyzikálnom princípe zvanom singlet fission – teda „štiepenie singletu“. Jednoducho povedané, ide o proces, pri ktorom jediný fotón vytvorí dve menšie častice energie, a tým zdvojnásobí množstvo elektrických nábojov v článku.
Nový prístup tak dokáže využiť aj energiu, ktorá by sa inak stratila ako teplo. Podľa výpočtov by mohla teoretická účinnosť solárnych článkov vzrásť až na 45 %, čo by znamenalo takmer dvojnásobný výkon oproti súčasným komerčným panelom.
Kľúčom je nový organický materiál DPND
Doterajšie experimenty s singlet fission zlyhali kvôli nestabilným materiálom, najmä tetracénu, ktorý sa rýchlo rozkladal na vzduchu. Výskumníci z UNSW však po prvý raz použili zlúčeninu DPND (dipyrrolonaphthyridinedione) – stabilný organický materiál odvodený z priemyselných pigmentov.
„V podstate ide o to, že k existujúcemu dizajnu pridáme ultratenkú vrstvu, ktorá zachytí viac energie,“ vysvetľuje Ben Carwithen, postdoktorandský výskumník z Chemickej fakulty UNSW.
Táto vrstva sa dá naniesť priamo na súčasné kremíkové panely bez potreby veľkých konštrukčných zmien. Materiál je odolný voči vlhkosti aj bežným poveternostným podmienkam, čo výrazne zvyšuje jeho praktickosť.
Solárna revolúcia do piatich rokov
Projekt podporuje aj Austrálska agentúra pre obnoviteľnú energiu (ARENA) v rámci programu Ultra Low Cost Solar, ktorý má do roku 2030 znížiť cenu solárnej energie pod 30 centov za watt a zvýšiť účinnosť nad 30 %.
„Ak sa laboratórne výsledky potvrdia aj v reálnej prevádzke, mohli by sme byť svedkami zrodu úplne novej generácie solárnych článkov,“ hovorí vedúci výskumu profesor Tim Schmidt.
Carwithen však upozorňuje, že napriek sľubným výsledkom je pred tímom ešte veľa práce: „K významnému prelomu by mohlo dôjsť už budúci týždeň, ale realisticky to bude trvať približne päť rokov,“ dodáva.
Malý krok v laboratóriu, veľký skok pre zelenú energiu
Ak sa táto technológia podarí zaviesť do praxe, solárne elektrárne by mohli vyrábať takmer dvojnásobok energie bez potreby novej pôdy či infraštruktúry. V čase, keď svet hľadá cesty, ako znížiť uhlíkovú stopu a závislosť od fosílnych palív, by mohla byť tenká vrstva pigmentu tým, čo prelomí hranice kremíka – a otvorí cestu k solárnej budúcnosti s účinnosťou, akú si doteraz vedci len predstavovali.
