Domů
Obnovitelné zdroje
Vědci z MIT přišli s novou metodou, která posouvá teoretický limit účinnosti solárních článků

Vědci z MIT přišli s novou metodou, která posouvá teoretický limit účinnosti solárních článků

Přestože technologický pokrok přináší stabilní růst účinnosti křemíkových fotovoltaických článků, i pro ni existuje teoretický limit. Ten je částečně dán skutečností, že každý foton tvořící záření dopadající na článek dokáže uvolnit pouze jeden elektron a to i v případě, kdy má dvojnásobek potřebné energie. Vědci z americké MIT nyní představili inovativní metodu, která umožňuje jednomu fotonu „vyrazit“ dva elektrony, a otevírá tak cestu k novému typu článků s vyšší maximální účinností, než kterou se vědci doposud počítali.

Zatímco běžné křemíkové články mohou teoreticky dosáhnout účinnosti až 29,1 %, vědci z MIT nyní představili novou metodu, která by mohla tuto hranici prolomit a posunout ji o několik procentních bodů.

Základní koncept nové technologie je znám již celá desetiletí, přičemž to, že by mohl fungovat, někteří členové týmu z MIT demonstrovali již před šesti lety. Převedení metody do praxe, tedy plně funkčního křemíkového solárního článku si však vyžádalo roky tvrdé práce.

Původní studie sice demonstrovala produkci dvou elektronů z jednoho fotonu, využívala však organický fotovoltaický článek, který ve srovnání s křemíkovými články dosahuje nižší účinnosti. Tento koncept byl poprvé navržen již v 70. letech minulého století, ale proměna v praktickou aplikaci podle vědců „trvala jen 40 let“.

Klíč k rozdělení energie jednoho fotonu na dva elektrony spočívá ve skupině materiálů, které mají „excitované stavy“,  takzvané excitony.

„V těchto excitonických materiálech se tyto balíčky energie šíří jako elektrony v obvodu ale s docela odlišnými vlastnostmi než elektrony. Můžete je použít ke změně energie – můžete je rozpůlit, můžete je kombinovat,“ říká Marc Baldo, profesor elektrotechniky a informatiky na MIT, který spolu s dalšími 10 vědeckými pracovníky stojí za výzkumem.

V tomto případě je klíčovým proces nazývaný singletové štěpení, což je způsob, jak se energie dopadajícího záření rozděluje na dva samostatné, nezávisle pohyblivé „pakety“ energie. Materiál nejprve absorbuje foton za vytvoření excitonu, který je následně rychle rozštěpen do dvou excitovaných stavů, z nichž každý má polovinu energie původního stavu.

Zásadním krokem však bylo tento proces provést u křemíkového článku, jelikož samotný křemík není excitonický. To se podle vědců ještě nikomu doposud nepodařilo. Jako mezikrok vědci zkusili energii z excitonické vrstvy přenést do malého nanokrystalu, takzvané kvantové tečky.

„Pořád jsou excitonické, ale jsou anorganické. Fungovalo to, fungovalo to bezvadně. Neměli jsme žádný důvod domnívat se, že by křemík nefungoval,“ dodává Baldo.

Řešením se nakonec ukázalo využití tenké mezivrstvy z oxynitridu hafnia, která fungovala jako most mezi vrstvou excitonického tetracenu a křemíkovým článkem. Ta umožnila fotonům s dostatečnou energií uvolnit ze solárního článků dva elektrony. Díky tomu je podle vědců možné zdvojnásobit objem energie uvolněný fotony z modré a zelené části spektra. Ve výsledku by tak teoretická účinnost křemíkových článků měla vzrůst z 29,1 na 35 %.

Svého teoretického limitu zatím nedosahují ani běžné křemíkové články, nový materiál má před sebou rovněž dlouhou cestu. Jedním z přínosů je například potenciální zmenšení tloušťky současných článků, podle vědců je však potřeba zapracovat na stabilizaci materiálů pro prodloužení jejich životnosti. Na komerční aplikace si bude nutné ještě několik let počkat.

Komentáře

(13)

energetik

15. červenec 2019, 19:42

Tady píšou že Toyota testuje novou generaci solárních článků o účinnosti 34% na střeše elektromobilu Prius a že by překonali nějaký teoretický limit tam nepíšou:

http://www.solarninovinky.cz/?zpravy/2019071503/34-ucinnost-toyota-testuje-novou-generaci-solarnich-clanku-v-elektromobilech

Jaroslav

15. červenec 2019, 20:54

Tristní současná účinnost obchodované fotovoltaiky na maximálně 9% přináší jediné pozitivum, že totiž heslo roku v Británii v roce 1974, že "každej chlap je dobrej alespoň k tomu, aby sloužil jako odstrašující příklad..." , tak že se dá použít i na tuto techniku. Navíc bude pozitivem, že po odstavení nejen atomových, ale i uhelných elektráren dojde k naplánované redukci obyvatelstva a po dalších dvaceti letech životnosti článků ke "konečnému řešení populační nerovnováhy", což by se mohlo líbit Německu, které podobná hesla má už zažita z války, bude se to hodit a Německo je také strůjcem tohoto "pokroku" a nezklamalo, první, druhá světová a do třetice energetická ....

Carlos

15. červenec 2019, 21:56

Na těch 9 % jste byl kde? A Možná i kdy, protože účinnost prodávaných panelů se pohybuje kolem 15 %

news. energysage. com/what-are-the-most-efficient-solar-panels-on-the-market/ (tabulka na konci)

A ten zbytek konspiračních teorií se pro příště nechte od cesty.

Jaroslav

20. červenec 2019, 07:18

15% Vám neberu, pokud bude pohon trvale otáčet panelem kolmo na Slunce a panel se nebude přehřívat a bude to cenově i výkonostně panel na "úrovni" . Běžný panel na střeše domu v našich podmínkách má jediný den v roce, kolmo na Slunce, při naprosto čistém ovzduší k dispozici cca 1500W/ m2 slunečního výkonu. V praxi 150VA výkon, měničem s účinností 90 převedný...atd.... V zimě třetinu (jsem nemístný optimista, vím). Navíc denně čistit od prachu bude nutností. Mám dojem, že technika má lidem sloužit a ne lidé sloužit technice. A pokud nemáte informace z DEAGEL.COM a dole vpravo na stránce COUNTRY porovnávání všech zemí světa a to komplexní, nejen zdravotnictví, zemědělství HDP na hlavu a stovku dalších dat a pokud OMYLEM nezaznamenáte, že pod prvotními daty jsou dat oproti roku 2015 a předpokádané tristní výsledky v roce 2025 a nic Vám to neříká, není to moje chyba, fakt ne ... :-)

Milan Vaněček

20. červenec 2019, 09:31

Pane Jaroslave, co to píšete za nesmysly? Vy neznáte základní pojmy a definice z fotovoltaiky. Přečtěte si něco o tom třeba v anglické wikipedii.

ldx

15. červenec 2019, 23:06

ROFL :))) Výborně jsem se bavil u vašeho komentáře, jen tak dál. Prostě dobrá Soda!

Milan Vaněček

15. červenec 2019, 22:26

Teoretický limit slunečního (složeného) článku daný termodynamikou (závisí na teplotě zdroje-slunce a teplotě článku je nad 90%, teoretický limit článku z jednoho materiálu je cca 30% pro optimální absorpční hranu materiálu, u složeného článku z více materiálů s různou absorpční hranou pak v praxi přesáhl již 40% a teoreticky je hodně nad 50%.

To co již existovalo v průmyslové výrobě tenkovrstvých článků (tandemové složené články) se nyní chystá i pro průmyslově vyráběné články z krystalického křemíku v tandemu s perovskytovým článkem s absorpční hranou takovou že absorbuje vétšinu viditelného světla a infračervené pouští do spodního křemíkového článku. Takže účinnost těchto tandemových článků se zvýší z cca současných 22-25% až ke 30% protože vrchní perovskytový článek dává vyšší napětí (celý panel pal bude mít účinnost o cca 2% nižší).

A to co popisují zde vědci z MIT je realizace jiného triku jak zvýšit účinnost křemíkového článku ke 30%, ale to má do průmyslové výroby ještě hodně daleko.

ldx

15. červenec 2019, 23:09

Spíš očekávám panely z Perovskitu, které jsou sice méně účinné, ale mnohem lacinější, takže by se z toho daly dělat různé obklady, střešní tašky s jen malým cenovým navýšením, prostě by se tím obložilo vše co bývá na slunci a esteticky to nevadí...

Tony

16. červenec 2019, 09:03

Nedostatek volné energie je limitem pro rozpínavost člověka na zemi ve vesmíru. Jinak bude třeba sáhnout na konverzi hmota-energie.

ldx

17. červenec 2019, 01:04

Nevím jestli vám něco říká Dysonova sféra a podobné megakonstrukce. Energie černých děr a hvězd, pokud se ji podaří využít je mnohem větší než, ta co by se získala z toho zrnka hmoty, co ji obsahuje Země a ostatní planetární tělesa v Sluneční soustavě. Tím neříkám, že řízená fůze (např. s využitím intenzivní těžby He3 na Měsíci), v budoucnosti nebude důležitá. Měl by to myslím ale být spíše jen takový civilizační mezikrok v transformaci na civilizaci typu I. Kardaševovy škály (tj. úplné využití energie mateřské solární soustavy).

Jan Veselý

17. červenec 2019, 06:51

Pche, moc práce. Pokročilé civilizace mají ZPM.

Pavel Lohberger

17. červenec 2019, 12:57

Souhlas ale i ZPM mělo své hranice. Kvůli které civilizace zanikla. Asi je více druhů využitelené energie,ale jak z toho není vejvar,tak se to nehodí. Viz. Tesla a volná energie.

Carlos

17. červenec 2019, 23:29

Pokud se pamatuji dobře, tak s Antiky to bylo trochu složitější a ZPM za to nemohlo.

A kterou storku ohledně Tesly a volené energie máte zrovna na mysli? Snad ne tu s autem jak jsem procházením starých katalogů elektronek zjistil že mu do motoru mohlo téct bratru 100mA :D

Přidat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna u komentáře
Vyžadované informace jsou označeny *
Pravidla diskuze
Veškeré příspěvky v diskuzi na webu oEnergetice.cz musí splňovat Pravidla diskuze. Přidáním příspěvku do diskuse uživatel vyjadřuje souhlas s těmito pravidly a zavazuje se je dodržovat.
Komentáře pouze pro přihlášené uživatele
Upozorňujeme diskutující, že komentáře v diskuzi budou moci přidávat již brzy pouze přihlášení uživatelé. V diskuzi se stále častěji objevují příspěvky od anonymních uživatelů, které porušují pravidla diskuze. Věříme, že díky tomuto opatření bude diskuze pod články pro všechny přínosnější.
Pokud ještě účet nemáte, je možné si jej vytvořit na stránce registrace. Pokud již účet máte, přihlaste se do něj na této stránce.
V uživatelské sekci pak můžete najít poslední vaše komentáře.
OM Solutions s.r.o.
Kpt. Nálepky 620/7, Nové Dvory, 674 01
Třebíč
IČ: 02682516
SOCIÁLNÍ SÍTĚ
© 2021 oEnergetice.cz All Rights Reserved.