Koniec tepelnej smrti solárnych panelov: Tandemové články prekonali kritickú bariéru

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Objav: Zosieťovaná SAM vrstva odolná voči deformáciám teplom.

• Výsledok: Účinnosť nad 33 % a stabilita aj po 1200 hodinách.

• Význam: Odstránenie hlavnej prekážky pre komerčné tandemové panely.

V snahe o maximalizáciu zisku energie zo Slnka sa vedci už roky zameriavajú na tzv. tandemové solárne články, ktoré kombinujú tradičný kremík s vrstvou perovskitu. Tieto hybridné panely majú teoretický potenciál dosiahnuť účinnosť nad 35 %, čo je výrazne viac ako 20 – 25 %, ktoré bežne ponúkajú dnešné komerčné kremíkové panely.

Až doteraz však existovala zásadná prekážka brániaca ich nasadeniu, ktorou bola ich nízka odolnosť voči teplu. Výskumníci z Národnej univerzity v Singapure (NUS) však oznámili prielom, ktorý tento problém efektívne eliminuje.

Slabým článkom tandemových panelov bola mikroskopická vrstva nazývaná samomontujúca sa monovrstva (SAM – Self-Assembled Monolayer). Táto vrstva, tenšia ako ľudský vlas, slúži na prenos elektrického náboja medzi perovskitovou a kremíkovou časťou článku.

V konvenčných dizajnoch funguje SAM ako „koberec“ molekúl, ktoré zabezpečujú tok elektrónov. Problém nastáva, keď sa panel na slnku zohreje – molekuly v bežnej SAM vrstve sa vplyvom tepla začnú krútiť a deformovať, podobne ako syntetické vlákna.

Táto tepelná deformácia narúša usporiadanú štruktúru vrstvy a vytvára v nej medzery. Tieto medzery následne blokujú tok elektrického prúdu, čo vedie k rapídnemu poklesu výkonu a trvalému poškodeniu celého panelu.

Práve táto nestabilita bola hlavným dôvodom, prečo tandemové články doteraz zlyhávali v testoch dlhodobej životnosti. Tím z NUS však vyvinul nový typ SAM vrstvy, ktorá využíva inovatívnu zosieťovanú štruktúru.

Namiesto voľne stojacich molekúl vedci navrhli chemickú štruktúru, v ktorej sa molekuly pri ukladaní navzájom previažu a vytvoria pevnú sieť. Tieto dodatočné chemické väzby fungujú ako kotvy, ktoré bránia molekulám v pohybe a deformácii aj pri vysokých teplotách.

Výsledkom je vrstva, ktorá je mechanicky robustná a tepelne stabilná, pričom si zachováva vynikajúce elektrické vlastnosti potrebné pre efektívny prenos náboja. Laboratórne testy potvrdili, že táto úprava má dramatický vplyv na životnosť panelov.

Tandemové články vybavené novou zosieťovanou vrstvou si udržali viac ako 96 % svojej počiatočnej účinnosti aj po 1 200 hodinách nepretržitého vystavenia silnému svetlu a teplote 65 °C (149 °F). Pre porovnanie, bežné tandemové články by v rovnakých podmienkach stratili značnú časť svojho výkonu už po zlomku tohto času.

Okrem odolnosti dosiahli nové články aj vynikajúce parametre účinnosti premeny svetla na elektrinu. Nezávislé certifikačné centrum potvrdilo účinnosť na úrovni 33,6 %, pričom v laboratórnych podmienkach namerali vedci hodnoty presahujúce 34 %.

Tieto čísla posúvajú tandemovú technológiu do oblasti, kde môže reálne konkurovať zavedeným riešeniam a ponúknuť výrazne vyšší výkon na meter štvorcový. Výskum je súčasťou širšieho úsilia o zdvojnásobenie globálnej kapacity obnoviteľných zdrojov do roku 2030.

Zvýšenie účinnosti solárnych panelov bez nutnosti zväčšovať ich plochu je kľúčové pre husto osídlené oblasti a priemyselné aplikácie. Stabilizácia prepojovacej vrstvy bola jedným z posledných technických rébusov, ktoré bolo potrebné vyriešiť pred komercializáciou.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ:

Súčasná kremíková technológia naráža na svoje fyzikálne limity a ďalšie zvyšovanie jej účinnosti je extrémne nákladné. Tandemové články sú budúcnosťou fotovoltiky, no bez tepelnej stability boli nepoužiteľné v reálnom svete, kde panely na strechách dosahujú vysoké teploty. Tento objav odstraňuje hlavnú bariéru komercializácie a otvára cestu k panelom, ktoré vyrobia o tretinu viac energie pri rovnakej veľkosti, čo môže urýchliť globálny prechod na zelenú energiu.

^{Zdroj: thecooldown.com foto: depositphotos.com}