Vítáme éru solární energie, které již nedominuje tradiční fotovoltaika na bázi křemíku.
Do centra pozornosti se dostává nová generace solárních článků využívajících inovativní materiály, které slibují vyšší účinnost a udržitelnost. Pátrání po kořenech využívání solární energie nás zavede až k americkému vynálezci Charlesi Frittsovi, který vytvořil první funkční solární panel pomocí selenových destiček potažených tenkou vrstvou zlata. Ačkoli Frittsův výtvor nebyl vysoce účinný, otevřel dveře k možnosti využití sluneční energie.
Objev alternativy k tradičním panelům
Jádrem tohoto objevu je spolupráce mezi univerzitou v Rennes a univerzitou v Šen-čenu. Vyvinuli techniku pasivace, která zvyšuje výkon solárních článků a účinně tak zpochybňuje dominanci tradičních panelů na bázi křemíku. Výzkumníci tepelně zpracovali heteropřechod CdS/CZTS (spojení mezi absorbérem a vyrovnávací vrstvou) v prostředí bohatém na kyslík. Tento proces úspěšně vyřešil hlavní nevýhody sírových vakancí (VS), které jsou primárním zdrojem rekombinace náboje.
Související článek
Zavedením atomů kyslíku k vyplnění těchto vakancí usnadňuje úprava difuzi kadmiových iontů a tvorbu komplexů Na-O a Sn-O, čímž se snižuje počet defektů a zvyšuje účinnost přeměny energie. Tento inovativní přístup vedl k dosažení certifikované účinnosti 11,51 %, což představuje významný milník v solární technologii.
Ekologičtější alternativa: Kesterit
Výzkumníci z univerzity v Rennes a univerzity v Šen-čenu nejsou sami, kdo zkoumá potenciál kesteritu pro solární panely. Univerzita Nového Jižního Walesu (UNSW) v Austrálii tento materiál rovněž zkoumá a dosahuje slibných výsledků. Kesterit představuje významný vývoj v technologii solárních článků, který přesahuje selen a křemík. Zatímco křemíkové panely v současnosti dominují světovému trhu se solárními články, jejich výroba je náročná na zdroje, vyžaduje vysoké teploty a toxické chemikálie. To přimělo výzkumníky k hledání alternativních materiálů, které jsou sice potenciálně méně účinné, ale udržitelnější a nákladově efektivnější.
Cu₂ZnSnS₄ (CZTS) neboli kesterit je silným uchazečem v oblasti solární energie. Jedná se o hojný, netoxický prvek, který je ve srovnání s křemíkem levnější a šetrnější k životnímu prostředí. Kesterit je obzvláště vhodný pro použití v solárních článcích s více přechody, které vrství různé materiály, aby zachytily více slunečních paprsků.
Kesterit byl dlouho přehlížen kvůli své nízké účinnosti přeměny energie (PCE), způsobené defekty atomárního měřítka, které zachycují nosiče náboje a vedou ke ztrátám energie v důsledku neradiační rekombinace. Nedávné pokroky však naznačují, že tyto problémy mohou být brzy překonány.
Úspěch v oblasti solární energie
Tento vývoj představuje pravděpodobně nejvýznamnější okamžik v historii solární energie od objevu prvního Frittsova solárního panelu v roce 1883. Loučíme se s tradiční fotovoltaikou a přijímáme skutečnost, že zatímco křemíkové solární panely dominovaly trhu, objevují se čistší a novější alternativy.
Kesterit jako netoxická látka, která se vyskytuje v hojném množství, nabízí nepopiratelnou přitažlivost. Jeho potenciální integrace do multifunkčních článků by mohla v budoucnu otevřít cestu ke zvýšení účinnosti. Pokud se nyní kesterit stal lídrem v solární hře, může být rok 2025 rokem, kdy byla solární energie zdokonalena, více než 140 let poté, co Charles Fritts poprvé osvětlil potenciál solární energie. Konec křemíkových solárních panelů je oficiálně tady.