Nová technologie „singlet fission“ přinese solární panely s rekordní 45% účinností

Rozdělení světla jako nový tah pro solární články

Vědci po celém světě už roky hledají způsob, jak ze slunečního záření vytěžit víc. Křemíkové panely, které dnes dominují trhu, dokážou proměnit v elektřinu zhruba 27 % dopadajícího světla. Fyzikální limity ale brání tomu, aby se tato hodnota dostala výše než na asi 29 %.

Naději přináší proces zvaný singlet fission. Zjednodušeně řečeno, jde o způsob, jak z jednoho silného paprsku světla získat dvojnásobek energie. Jeden foton se při tomto procesu rozdělí na dvě menší části, které mohou vytvořit dva elektrické náboje – místo jednoho. Tím se využije i ta část energie, kterou běžné panely ztrácejí v podobě tepla.

Na této technologii pracuje tým z Univerzity Nového Jižního Walesu (UNSW) v rámci projektu Omega Silicon. Vědcům se podařilo použít nový organický materiál DPND, který dokáže zachytit přebytečnou energii a předat ji dál křemíku. Díky tomu by mohla stačit pouhá tenká vrstva tohoto materiálu na povrchu panelu, aniž by bylo nutné měnit jejich konstrukci.

Co DPND přináší do praxe

Klíčem k celé technologii je nový organický materiál zvaný DPND. Vědci ho vyvinuli jako stabilnější náhradu za dříve používaný tetracen, který měl sklon se na vzduchu a ve vlhkosti rychle rozkládat. DPND je odvozený z průmyslových pigmentů, takže si se změnami teploty i prostředí poradí mnohem lépe.

V praxi to funguje jednoduše – na povrch klasického křemíkového panelu se nanese velmi tenká vrstva tohoto materiálu, která dokáže zachytit a přeměnit část světla, jež by jinak přišla vniveč. Výzkumníci z univerzity UNSW už v laboratoři potvrdili, že energie se díky této vrstvě skutečně předává dál do křemíku a zvyšuje tak jeho výkon.

Velkou výhodou je, že tato metoda nevyžaduje zásadní změny konstrukce panelů. DPND se dá jednoduše přidat na stávající solární články, takže by výrobcům stačilo upravit pouze výrobní postup, nikoli celé linky.

Kolik energie se dá ze slunce opravdu získat

Když vědci zkusili propojit běžný křemíkový článek s novou technologií singlet fission, výsledky je nadchly. Výpočty totiž ukazují, že by bylo možné dosáhnout účinnosti až kolem 45 %. Stejná plocha panelu by mohla vyrobit téměř dvojnásobek elektřiny oproti dnešním technologiím.

Takové hodnoty zatím platí jen v ideálních laboratorních podmínkách. V praxi hraje roli spousta faktorů. Například kolik energie se při přenosu ztratí, jak stabilní je použitý materiál, nebo jak dobře spolupracuje organická vrstva s křemíkem. Proto odborníci očekávají, že reálná účinnost bude o něco nižší, ale přesto půjde o výrazný posun oproti dnešní technologii.

Vědci i investoři tak mluví spíš o postupném pokroku než o okamžité revoluci. Cílem je přenést úspěch z laboratoře do reálných podmínek – nejdříve v testovacích modulech, později ve velkých solárních instalacích.

Kdo stojí za solárním zázrakem budoucnosti

Projekt Ultra Low Cost Solar, v jehož rámci je vývoj singlet fission podporován, je financován australskou agenturou ARENA. Cílem je do roku 2030 dosáhnout účinnosti přes 30 % při nákladech nižších než 30 centů (cca 4,80 Kč) za watt.

Za vědeckou stránkou stojí skupina vedená profesorem Timothyem Schmidtem a dalšími odborníky z UNSW. Omega Silicon sdružuje akademické i průmyslové partnery, kteří řeší škálování i patentovou ochranu.

Zdroje: UNSW, ACS Publications