Perovskitové FV články zaznamenávají rychlý pokrok ve zvyšování účinnosti
Krystalické křemíkové články, které v současnosti dominují technologiím fotovoltaických článků, by brzy mohly získat velmi vážného konkurenta. Rychle se rozvíjející technologie perovskitových fotovoltaických článků se díky pokroku ve zvyšování účinnosti stává již nyní konkurenceschopnou. Navíc se dá očekávat, že pokrok této technologie bude nadále pokračovat.
Jedním z hlavních omezení křemíkových fotovoltaických článků je nutnost získání křemíku v požadované čistotě, ve které se velmi zřídka nachází v přírodě. Pro získání vysoce čistého křemíku potřebného pro výrobu fotovoltaických článků je nutné využít náročných procesů odstranění nečistot, což výrobu panelů značně prodražuje.
Co je perovskit?
Perovskity jsou rozsáhlá třída materiálů, ve kterých se organické molekuly jako uhlík a vodík váží s kovem (olovo) a halogenem (chlor) v trojrozměrné krystalové mřížce. Ty mohou být ve srovnání s křemíkem vyrobeny mnohem levněji a s menší energetickou náročností. Perovskity mohou být naneseny v tenké vrstvě na povrchy s téměř jakýmkoliv tvarem, vytvořená vrstva je navíc ve srovnání s křemíkem velmi lehká.
Rychlý vývoj
Zatímco zvyšování účinnosti krystalických křemíkových fotovoltaických článků probíhá velmi pozvolně a v posledních 15 letech stagnuje na hranici 25 %, vývoj perovskitových článků byl dosud velice rychlý. V době, kdy byly poprvé popsány, dosahovala účinnost perovskitových článku mnohem nižší hodnoty účinnosti ve srovnání s jejich křemíkovými protějšky. V roce 2009 dosahovaly perovskitové články složené z olova, jodidu a metylamonia účinnosti přeměny slunečního záření na elektřinu méně než 4 %.
Od té doby došlo ovšem ke značnému zlepšení, částečně také díky tomu, že perovskity nabízí tisíce možných kombinací chemických složení. V současnosti jejich účinnost přesahuje hranici 20 %, což je 5násobné zlepšení za 7 let. Perovskitové články se tak stávají konkurenceschopné současně využívaným technologiím a na rozdíl od krystalických křemíkových článků se dá očekávat další významné zlepšení účinnosti.
Možné překážky
V rámci perovskitových fotovoltaických článků ovšem stále musí být zodpovězeno několik základních otázek. Především jejich degradace při vystavení podmínkám reálného využívání. Další otázkou je možnost velkovýroby těchto článku v takovém množství, aby se mohly stát konkurenceschopné článkům z krystalického křemíku.
Úvodní fotografie: University of Oxford Press Office
Mohlo by vás zajímat:
Další problém perovskitů je v tom, že se výzkum hlavně soustředil na sloučeniny olova, je tam tedy problém s toxicitou. Ale už jsem četl o variantách na bázi sloučenin zinku, ale ty jsou zatím s účinností přeměny dost pozadu.
Jako varianta organometalických iodidů, bromidů nebo chloridů olova (s perovskitovou strukturou) je nahražení olova cínem (ten je v periodické tabulce přesně nad olovem). Fotovoltaické články z těchto materiálů jsou tenkovrstvé, deponované jednoduchými technologiemi (=potenciálně velmi levné) a představují celý systém kde můžeme ladit polohu absorpční hrany náhradou Cl nebo Br za I). Protože ta je velmi strmá, jejich výhodou je i velké napětí naprázdno.
Takže v současném výzkumu se uvažuje především o tom, že by tandem levný perovskitový článek nanesený na křemíkovém článku mohl nejprve v laboratorní fázi a později v levné hromadné výrobě dosáhnout účinnosti přes 30%. Problémem může být dlouhodobá stabilita a olovo ve složení.
Ale trend je jasný - multispektrální články (multijunction cells=několik článků s různou absorpční hranou na sobě)jako jediná fyzikální možnost jak zvýšit účinnost i nad 50%. Podívejte se na obrázek.
Kolik tam toho olova na 1m2 FVP bude, mikrogramy nebo pikogramy?
Asi tak deset gramů na metr čtvereční. Ale ted už se vyrábí ročně stovky kilometrů čtverečních slunečních panelů.
Prostě pole neorané, je možné vyzkoušet tisíce sloučenin x tisíce technologických postupů. A ten potenciál ... Vyšší účinnost není úplně nutná, ale příjemná, míň panelů na jednotku výkonu znamená nižší náklady na instalaci.
Náhrada olova cínem a Iodu Bromem je tedy jak se lidově říká, z deště pod okap.
Nicméně pokud si porovnáme energetickou náročnost výroby křemíkového článku a zamyslíme se, že drtivá většina té energie pochází z uhlí, tak pár gramů olova na m2 nemůže být horší.
Je ale pozoruhodné, jaké materiály mohou být důležité pro novou energetiku a kupodivu bude potřeba je někde vytěžit, i když s tím přátelé neolitu zásadně nesouhlasí.
Je vidět že ve fotovoltaice expert nejste. Pro Vaši informaci-FV články jsou recyklovatelné, je povinnost je recyklovat a energetická návratnost FV panelů je vynikající, u nás cca 2 roky, na jihu nebo pro tenkovrstvé články-méně než rok (pokud si je neuložíte do sklepa). Je to skoro jako perpetum mobile (pokud Slunce svítí). Nic se nemusí spálit ani štěpit.
Energeticky náročná výroby polykrystalického křemíku probíhá ve světě typicky u velkých vodních elektráren. Vaše uhlí není třeba.
Já jsem vůbec nerozporoval, že se fotovolatické panely dají recyklovat. To bude ovšem vyžadovat další spoustu energie a bude mít smysl se o tom bavit tak za 20 let, teď jaksi není ještě co recyklovat, takže se jede z nového materiálu. A pokud se mezitím náhodou ukáže, že křemík vůbec není perspektivní, tak najednou bude s tou recyklací trochu problém.
Ten blábol o vodních elektrárnách jste vzal kde?
To že polysilikon je z velké části produkován v Norsku (hydro dominuje), Kanadě (hydro velmi silné), Číně (hydro 18%) u vodních elektráren vím z EU PVSEC (evropských fotovoltaických konferencí). Letos bylo oznámeno, že tak za dva roky bude k disposici nová průmyslový proces výroby polysilikonu s poloviční energetickou náročností (to zase začnou ceny FV padat dolů ještě rychleji...).
A že se ukáže že křemík není perspektivní? Vy jste ještě nezaznamenal, že nežijeme v době kamenné, ani železné, ale v době křemíkové (počítače,internet, mobily, robotizace, fotovoltaika, ....- vše jede na křemíku)???
Pane Vaněčku, podle dostupných informací je nejvíce polysilkonu vyrobeno v Číně, tam jednoznačně dominuje uhlí. Na druhém místě je Německo, tam je uhlí stále velmi významný zdroj elektřiny, třetí místo Jižní Korea, opět fosilní paliva, potom USA, opět většina elektřiny z uhlí. Norsko je až na 5. místě s tržním podílem 7 %. Nesmíte věřit všem marketingovým tlachům z fotovoltaických konferencí. Že dnes jede všechno na křemíku je pravda, ale do budoucna to tak být nemusí. Ostatně to není tak dávno, co všechno jelo na mědi a telefonní hovory spojovala relé. Takže do budoucna to zas může jet na něčem jiném, fotovoltaika třeba na těch Perovskitech, co my víme.
tedy v květnu zas tak optimismem nesršeli
Předpokládám že jste si ten článek kriticky přečetl jako já, neříká nic o již známých perovskitech které jsem popsal výše, píše jen že pro chemiky nebude snadné tuto rodinu materiálů rozšířit o nové stabilní druhy. Je to vědecko populární článek pro chemiky, neříká nic o fyzice současně používaných materiálů a slunečních článků s účinností nad 20%. Skupina z EPFL již demonstrovala v laboratoři zvýšení účinnosti tandemu perovskit-křemík (prof. Ballif, EUPVSEC, Mnichov, minulý týden) nad účinnost křemíkového článku.
Komentáře v diskuzi mohou pouze přihlášení uživatelé. Pokud ještě účet nemáte, je možné si jej vytvořit na stránce registrace. Pokud již účet máte, přihlaste se do něj níže.
V uživatelské sekci pak můžete najít poslední vaše komentáře.
Přihlásit se