Czy zastanawialiście się kiedyś, dlaczego osiągnięcie 20-30% wydajności ogniwa fotowoltaicznego stanowi nie lada wyzwanie? Dzieje się tak, ponieważ „tradycyjne” ogniwa wychwytują tylko i wyłącznie bardzo wąską część całego zakresu promieniowania.

Zespół naukowców z George Washington University skonstruował innowacyjne, warstwowane ogniwo fotowoltaiczne, mogące absorbować fale świetlne o różnej długości – ze znacznie szerszego spektrum, niż do tej pory, co sprawia, że wydajność osiąga zadziwiające 44,5 %. Jeżeli wszystko pójdzie zgodnie z planem, będzie to najbardziej wydajne ogniwo fotowoltaiczne na świecie.

Panele skonstruowane  takich ogniw nie przypominają tradycyjnych paneli fotowoltaicznych – takich, jakie najczęściej widywane są na dachach lub w dużych elektrowniach słonecznych – oparte są na skupiających panelach fotowoltaicznych (CPV – concentrator photovoltaics), wyposażonych w soczewkę skupiającą promienie słoneczne tak, żeby padały na mniejszą powierzchnię ogniwa, za to w większym natężeniu. To właśnie technologia CPV odpowiada za obecny rekord wydajności, który na dzień dzisiejszy wynosi 46 %. 

 

    źródło: TechExtreme

Warstwy i soczewki skupiające kluczem do większej wydajności

Co jest najbardziej rewolucyjne w tym nowym panelu? Niewątpliwie sposób, w jaki ogniwa są „upakowane” jedno na drugim, jako warstwy, z których każda odpowiada za absorbowanie określonego, specyficznego dla siebie zakresu długości fal. Kiedy jedna warstwa absorbuje odpowiednią dla siebie długość fali, reszta światła przenika do warstw niższych. Większość docierającej do Ziemi energii słonecznej przekazywanej jest przez fale o długości 250 nm – 2500 nm. Co ciekawe, innowacyjne ogniwo efektywniej pochłania i przetwarza na energię elektryczną fale o większej długości. Wprawdzie niosą one znacznie mniej energii niż krótsze fale, ale za to jest ich bardzo dużo.

Materiały to podstawa

Aby osiągnąć taki imponujący efekt, do skonstruowania rewolucyjnego ogniwa użyto dwóch materiałów: górna warstwa wykonana jest z materiałów tradycyjnie stosowanych w fotowoltaice, które w przypadku tego ogniwa odpowiadają za wychwytywanie krótszych długości fal świetlnych. Poniżej znajduje się warstwa zrobiona z materiału opartego głównie na galu i antymonie (GaSb), która absorbuje energię z dłuższych fal świetlnych.

źródło: TechExtreme.com

Czy rozwiązanie zawojuje rynek?

Niestety, wprowadzenie tej innowacyjnej technologii do powszechnego użytku jest niezwykle trudne. Główną wadą jest bardzo wysoki koszt tego typu ogniwa, pomimo zastosowania innowacyjnych technologii „nadrukowywania” warstw na siebie. Łączna cena skonstruowanego w ten sposób panelu, pomimo bardzo wysokiej wydajności, wciąż nie zapewniałaby efektywności ekonomicznej produkowanej w ten sposób energii i skutecznie utrudniałaby zwrot inwestycji. Jest jednak nadzieja – zarówno koszt materiałów, jak i technologii produkcyjnej powinien systematycznie spadać w najbliższej przyszłości, co sprawia, że warstwowane ogniwa wychwytujące fale z niemal całego spektrum mogą być przyszłością fotowoltaiki. Poza tym, dotychczasowa wydajność na poziomie 44,5 % również może wzrosnąć, gdy zastosowane zostaną dodatkowe innowacje.

Redakcja GLOBEnergia