Naukowcy z uniwersytetu w Michigan w Stanach Zjednoczonych zaprezentowali niedawno niedrogie i elastyczne ogniwa fotowoltaiczne, które nie dość, że nadają się do komercyjnej, masowej produkcji, to osiągają rekordowe jak na ten rodzaj ogniwa wydajności wynoszące 15%. Pozwala im to konkurować z klasycznymi systemami PV opartymi na krzemie, które aktualnie zdominowały rynek.

„Organiczna fotowoltaika ma szansę zmniejszyć koszty produkcji i instalacji systemów PV, co uczynić ma z instalacji solarnych prawdziwie uniwersalne źródła energii”, mówi profesor Stephen Forrest, który wraz z profesorem Paulem G. Goebelem odpowiedzialni są za kierowaniem zespołem, który stworzył nowe ogniwo.

Jak szacują badacze, ogniwa o wydajności 15% pracować będą przez około 20 lat. Przekłada się to na cenę energii elektrycznej na poziomie 7 centów za kilowatogodzinę. Dla porównania – średni koszt energii elektrycznej w Stanach Zjednoczonych w zeszłym roku wyniósł 10,5 centa za kilowatogodzinę.

Organiczne ogniwa fotowoltaiczne mają szereg zalet. Są one oparte o związki węgla, co sprawia, że są o wiele prostsze w produkcji niż ogniwa krzemowe. Co więcej, związki organiczne, wykorzystywane jako warstwy aktywne w tego rodzaju systemach, nakładać można na dowolne podłoża – nie tylko sztywne, ale także na elastyczne substraty czy nawet tkaniny. Materiały te mogą być dowolnego koloru, nawet przeźroczyste dla ludzkich oczu. Sprawia to, że systemy PV oparte o związki organiczne mogą znaleźć zastosowanie wszędzie tam, gdzie ogniwa krzemowe po prostu się nie nadają.

Niestety organiczne komórki PV mają swoje wady. A przynajmniej miały – jeszcze do niedawna ich wydajność energetyczna była istotnie mniejsza niż konkurencyjnych rozwiązań. „Przez ostatnie lata organiczna fotowoltaika utknęła na poziomie około 11-12% wydajności”, komentuje Xiaozhou Che, doktorant i współautor opisywanego ogniwa. Jest on pierwszym autorem pracy opisującej to osiągnięcie w „Nature Energy”.

Aby pokonać barierę wydajności, badacze wykorzystali wiele sztuczek wynikających z postępu technologii produkcji ogniw PV. Zaprojektowali warstwy aktywne tak, aby pochłaniały nie tylko światło widzialne, ale też podczerwień. Zrealizowane zostało to poprzez złożenie ze sobą dwóch warstw absorbujących poszczególne fragmenty spektrum promieniowania elektromagnetycznego docierającego do Ziemi. Dzięki takiej architekturze ogniwa pochłaniają światło od 350 nm do 950 nm.

„Każde z pojedynczych ogniw osiąga około 10-11% wydajności”, mówi Che o swojej konstrukcji: „ale kiedy ułożymy jedno na drugim otrzymamy hybrydę o wydajności 15%”. Aby było możliwe takie połączenie warstw, konieczne było opracowanie specjalnego procesu, który umożliwia depozycję jednej warstwy aktywnej na drugiej bez jej uszkadzania i w sposób, który pozwala na dotarcie światła do obu warstw. Jak mówi Che: „wymagało to takiego stworzenia procesu odlewania warstw, by górna warstwa nie była w stanie rozpuścić dolnej”.

Po długiej pracy badacze zaprezentowali proces produkcyjny charakteryzujący się wysoką wydajnością. Wykorzystując opracowaną przez siebie metodę, udaje im się produkować ogniwa z wydajnością aż 95%, co oznacza, że jedynie 5% produkowanych systemów jest uszkodzonych w czasie produkcji. Ta wartość jest niezwykle istotna do industrializacji i skalowania procesu.

Naukowcy mają nadzieję, że możliwie będzie dalsze rozwijanie ich technologii, co przełożyć się ma na zwiększenie wydajności konwersji ogniwa.

„Możemy poprawić absorpcję światła, aby zwiększyć ilość produkowanego prądu elektrycznego oraz zminimalizować straty w ogniwie, by podnieść jego napięcie pracy”, tłumaczy Che. „Z naszych obliczeń wynika, że możliwe jest osiągnięcie 18% wydajności dla tego systemu, dla konfiguracji wielozłączowej”.

źródło: techxplore.com

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.