Účinnější solární články: Inovace, na níž se podíleli i Češi

Areál Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR ve vilové čtvrti na pražské Ořechovce má bohatou historii, jež je významnou součástí dějin zahraničně-ekonomických vztahů bývalého Československa. Za první republiky tady sídlil výzkumný ústav Spojených cukrovarů pražských, který se velkou měrou zasloužil o to, že se Československo na dlouhá desetiletí stalo velmocí v exportu cukrovarů. „Tam, kde je dnes tenisový kurt, rostla v období mezi dvěma světovými válkami na malém políčku cukrová řepa,“ poznamenává zástupce ředitele Fyzikálního ústavu Antonín Fejfar.

Také dnešní obyvatelé areálu o sobě dávají vědět díky úspěchům v mezinárodní spolupráci – především té vědecké. Fyzikální ústav se mimo jiné podílí i na projektech, které mají zvýšit efektivitu fotovoltaických panelů. „Hledáme různé způsoby, jak co nejvíce využít slunečního záření,“ říká mladý vědec Martin Ledinský. Český výzkumný ústav o to usiluje společně s řadou evropských výzkumných institucí. Už třicetiletou tradici má spolupráce tuzemských fyziků se Švýcary.

Účinnější solární články mají nejenom vyrobit více elektřiny, ale také povzbudit evropský průmysl. Evropa zaostala ve výrobě solárních panelů za Čínou, pokud se však zaměří na produkci technologicky dokonalejších výrobků, může svou konkurenční schopnost posílit. Cestou je jak zvyšování účinnosti klasických křemíkových článků, tak využití jiných materiálů včetně například perovskitů – minerálů pojmenovaných podle Lva Alexejeviče Perovského, ruského diplomata a mineraloga, který žil v 19. století. Zkoumání, jak křemík s perovskity kombinovat, se věnuje i Martin Ledinský.

EVROPSKÝ NÁVRAT?

Fyzikální ústav se v letech 2017-2019 zapojil do výzkumného projektu NextBase, který se zaměřil na zdokonalování křemíkových článků. Evropská unie ho podpořila v rámci programu Horizont 2020 částkou 3,8 milionu eur, dalších 1,7 milionu přidali Švýcaři. Do projektu vstoupily výzkumné instituce i firmy – celkem 14 partnerů z osmi zemí. Pražský ústav byl jediným ze střední a východní Evropy.

Po tříletém bádání vznikly inovované články, jejichž účinnost dosáhla 25,4 procenta a jen mírně zaostala za současným světovým rekordem 26,7 procenta. Ten drží japonská firma Kaneka. Antonín Fejfar však vysvětluje, že fotovoltaické panely tvořené články z projektu NextBase jsou mnohem lépe využitelné pro masovou výrobu a navíc cenově konkurenceschopné. Účinnost dnes běžně využívaných článků se pohybuje pod dvaceti procenty.

„Projekt sice skončil zhruba před rokem, ale letos v létě se jeho výsledky hned z několika důvodů staly opět centrem pozornosti,“ upřesnil zástupce ředitele Fyzikálního ústavu. Za prvé Evropská komise zařadila NextBase mezi své úspěšné příběhy, „success stories“. Za druhé švýcarská firma Meyer Burger, která se projektu zúčastnila společně se dvěma výzkumnými institucemi z alpské země, přišla s nadějnou zprávou. Oznámila, že hodlá inovované panely zavést do sériové výroby v Německu – zemi, která se během první dekády tohoto tisíciletí vypracovala do pozice fotovoltaické průmyslové velmoci, ale později začala silně ztrácet v konkurenci s levnými panely z říše středu.

Podle Martina Ledinského se nyní před Evropany otevírá zhruba pětileté „okno příležitosti“, které by měli k výrobě inovovaných fotovoltaických panelů využít. Když se zdejší firmy zpozdí, svou konkurenční výhodu vůči Číňanům opět ztratí.

OTEVŘENÉ OČI

Třetí důležitá aktuální zpráva se týká specificky českých aktivit v rámci NextBase. Fyzikální ústav požádal o patentovou ochranu svého vlastního vynálezu, kterým přispěl ke zdaru celého projektu. Vědci z ořechovského areálu popsali svůj přínos na webových stránkách ústavu: Projekt inovoval fotovoltaické články s heteropřechody, ve kterých jsou kladné a záporné elektrody připraveny na desce křemíkového krystalu nanesením proužků amorfního křemíku tenkých jen několik nanometrů. Dlouho neexistoval praktický nástroj, jak kvalitu přechodů ověřit. Metodu kontroly vyvinul Martin Ledinský. Využíval optickou profilometrii založenou na Ramanově rozptylu.

Evropská komise označila tuto metodu kontroly za jeden ze tří hlavních výsledků projektu NextBase. Bude ji možné využít i při masové výrobě solárních panelů. A žádost o udělení patentu naznačuje, že ve Fyzikálním ústavu počítají i s dalšími možnými aplikacemi, které se nutně nemusejí týkat jen solárních článků.

„Naše metoda může sloužit prakticky jakémukoliv měření tenkých vrstev na hrubých površích,“ vysvětluje v rozhovoru pro časopis MED Martin Ledinský. Uplatnění by podle něj mohla najít zvláště v elektrotechnickém průmyslu: „Musíme mít oči otevřené a dokázat využít příležitostí.“ Antonín Fejfar k tomu dodává, že původním záměrem vůbec nebylo připravovat metodu kontroly pro průmyslové linky. Měla sloužit samotnému výzkumu v rámci projektu NextBase. Díky optimalizaci metody se nicméně podařilo zkrátit dobu kontroly z deseti hodin na sekundy, čehož výrobní firmy typu Meyer Burger pochopitelně budou chtít využít.

Oba vědci z Ořechovky dodávají, že významný podíl na českém úspěchu má student Fakulty elektrotechnické ČVUT Roman Dvořák, který metodu kontroly dotáhl až do funkčního prototypu.

VIZE ČESKÝCH PRŮMYSLNÍKŮ

Český fotovoltaický průmysl v posledních letech ztratil svůj dřívější drive. Antonín Fejfar nevidí současný stav příliš optimisticky, přesto si nemyslí, že by s tuzemskou produkcí sofistikovaných panelů nebo jejich dílů musel být navždy amen: „Setkávám se s průmyslníky, kteří se o solární obor zajímají a míří na high-tech technologie.“

Potíž je podle zástupce ředitele Fyzikálního ústavu v tom, že výroba panelů se začíná vyplácet až od určitého objemu.

Zájemci o vstup do tohoto odvětví musejí počítat s tím, že by měli ročně vyrobit panely o celkovém výkonu minimálně jednoho gigawattu. V odvětví se však může prosadit i firma z menší země, jak ukazuje příklad litevské společnosti Solitek. Česko má přitom z dlouhodobého hlediska řadu výhod – můžeme využít kvalitního technologického zázemí i zkušeností s výrobou polovodičů.

Výzkum, který by měl vést k účinnějším solárním článkům, není pouze doménou fyziků. To platí i v Česku. Světoznámý chemik českého původu Josef Michl se společně se Zdeňkem Havlasem, bývalým ředitelem proslulého Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd ČR, zaměřil na hledání možností takzvaného singletového štěpení molekul, na které dopadá sluneční záření. Jde o důležitý základní výzkum, který ale může mít k praktickému využití ještě poměrně daleko.

V aplikovaném výzkumu projektu NextBase spojili síly výzkumníci s průmyslníky. „Základním cílem nebylo jen zvyšovat účinnost solárních panelů, ale také rychle získat průmyslově realistickou technologii,“ upozornil Antonín Fejfar. Štafetový kolík nyní přebírají firmy jako zmiňovaná Meyer Burger nebo italský Enel.

Článek vyšel na webu Export.cz