Téměř 40procentní účinnost: Vědci právě překonali rekord v nejvyšší účinnosti solárního článku

Datum 21.05.2022

Foto: National Renewable Energy Laboratory

Tým vědců z Národní laboratoře pro obnovitelnou energii (NREL – National Renewable Energy Laboratory) amerického ministerstva energetiky vytvořil solární článek s rekordní účinností 39,5 % při běžném slunečním osvětlení, čímž překonal světový rekord v účinnosti solárních článků. Tato studie byla zveřejněná v časopise Joule.

Nový solární článek týmu dosáhl účinnosti 39,5 procenta při denním přirozeném osvětlení od Slunce – a to je důležitý rozdíl oproti jiným testům. Dřívější experimentální solární články sice zaznamenaly účinnost až 47 procent, ale to bylo při vysoce koncentrovaném světle. Je to něco, jako když se testuje spotřeba automobilu a tudíž účinnost motorů v laboratorních podmínkách. Výsledky jsou pak o dost optimističtější, než v reálném provozu.

Měření účinnosti těchto solárních článků při běžném slunečním osvětlení lépe ukazuje, jak dobře by tyto solární články mohly fungovat v reálném světě. Tento nový solární článek překonává předchozí rekord týmu, který činil 39,2 % z roku 2020. Pro srovnání, běžně používané křemíkové solární články a nově vznikající perovskitové solární články dosahují účinnosti kolem 25 procent, zatímco tandemové solární články, které kombinují oba materiály, se blíží 30 procentům.

Solární článek NREL byl také testován na to, jak dobře by fungoval ve vesmíru, kdyby se měl používat k napájení satelitů a jiných kosmických lodí. Za těchto podmínek dosáhl úctyhodné účinnosti 34,2 %.

Nový solární článek je založen na architektuře známé jako invertované metamorfní multifunkční články (IMM – inverted metamorphic multijunction) a obsahuje tři “přechody”, tedy součásti, které v reakci na světlo vyrábějí elektrický proud. Každý z těchto přechodů je vyroben z jiného materiálu – v tomto případě je to fosfid galia v horní vrstvě, arsenid galia uprostřed a arsenid galia ve spodní vrstvě. Tyto tři materiály se specializují na různé vlnové délky světla, což umožňuje solárnímu článku jako celku získávat více energie z celého světelného spektra.

Dalším pokrokem, který přispěl k nové rekordní účinnosti, bylo vytvoření střední vrstvy s kvantovými studnami. V podstatě jde o to, že vložením vodivé vrstvy mezi dva další materiály s širší pásmovou mezerou se elektrony omezí na dva rozměry, což materiálu umožní zachytit více světla. Střední vrstva tohoto solárního článku obsahovala až 300 kvantových studen, což zvýšilo celkovou účinnost na novou úroveň. Více o kvantových studnách se dočtete zde.

Tento průlom může být důležitý pro technologii solárních článků, ale tým uvádí, že výroba tohoto typu článku je stále poměrně nákladná. Bude zapotřebí další práce, aby se tyto náklady snížily a tato technologie byla dostupnější.

Milan Matějíček
zdroj: Joule