Revolučný objav umožní zdvojnásobiť účinnosť solárnych panelov

Kľúčové zistenia:

• Singletové štiepenie zdvojnásobuje energiu získanú z jedného fotónu.

• Nová metóda prekonáva teoretický limit účinnosti 29,4 % pre kremík.

• Technológia znižuje teplo, čím zvyšuje výkon a životnosť panelov.

Dnešné solárne panely sú takmer výlučne vyrobené z kremíka, čo je spoľahlivá a lacná technológia. Kremík má však zásadný fyzikálny strop; jeho teoretická maximálna účinnosť je obmedzená na približne 29,4 percenta, pričom komerčne najlepšie články dosahujú okolo 27 percent.

Dôvodom tohto limitu je, že veľká časť slnečnej energie, najmä vysokoenergetické fotóny, sa pri dopade na panel stráca ako odpadové teplo. Toto teplo je nielen stratenou energiou, ale samo o sebe aktívne znižuje účinnosť kremíkového článku, keďže kremík funguje lepšie, keď je chladný.

Tím vedcov a inžinierov z Univerzity Nového Južného Walesu (UNSW), známy ako Omega Silicon, však našiel spôsob, ako tento limit prekonať. Ich riešenie sa nazýva "singlet fission" alebo singletové štiepenie.

Tento proces využíva špeciálnu molekulárnu vrstvu pridanú na kremíkový panel, ktorá dokáže absorbovať jeden vysokoenergetický fotón a premeniť ho na dva nízkoenergetické excitóny – v podstate zdvojnásobuje využiteľnú energiu z jedného častice svetla.Výskumníci tento proces opisujú ako spôsob, ako prinútiť slnečné svetlo pracovať inteligentnejšie.

Namiesto plytvania prebytočnej energie fotónu ako tepla, táto technológia premieňa odpadové teplo priamo na dodatočný elektrický prúd. Tým sa dosahuje dvojitý prínos: panel nielenže okamžite vyrába viac elektriny, ale zároveň pracuje pri nižšej teplote.

Chladnejšia prevádzka ďalej zvyšuje prirodzenú efektivitu samotného kremíka a zároveň výrazne predlžuje celkovú životnosť panelu. Koncept singletového štiepenia nie je v princípe nový a bol demonštrovaný už pred rokmi s použitím materiálov ako pentacén.

Tieto skoré pokusy však zlyhali v praktickom využití, pretože materiály mali zlý energetický súlad s kremíkom, nízku absorpciu alebo neefektívny transport energie. Prelom tímu UNSW spočíva vo vývoji novej triedy fotostabilných organických molekúl, konkrétne zlúčeniny nazývanej DPND, ktorá tieto problémy rieši.

Okrem nového materiálu tím vyriešil aj kľúčový výrobný problém. Výskum publikovaný v časopise Nature Chemistry ukázal, ako je možné monitorovať proces štiepenia analýzou svetla (fotoluminiscencie), ktoré materiál vyžaruje. To vytvára neoceniteľný diagnostický nástroj, ktorý umožňuje kontrolu kvality počas masovej výroby.

Asi najdôležitejším aspektom pre rýchlu adopciu je spôsob implementácie. Na rozdiel od iných pokročilých technológií, ako sú tandemové články, ktoré si vyžadujú úplný redizajn výrobných liniek, táto singletová vrstva môže byť integrovaná do existujúcich kremíkových technológií.

Nejde o náhradu, ale o vylepšenie, čo dramaticky znižuje náklady na zavedenie. Tím si už podal patentovú ochranu na túto technológiu a hoci prielom môže prísť kedykoľvek, vedci odhadujú realistický časový horizont pre komercializáciu na približne päť rokov.

^{Zdroj: interestingengineering.com foto: Richard Freeman / UNSW Sydney}