Z čeho budou solární články za 10 let? Jeden favorit existuje

Fotovoltaika je z hlediska svého celkového potenciálu nejslibnější obnovitelný zdrojů vůbec. V posledních dvou desetiletích se postupně potenciálu přibližuje – a to z jednoho jednoduchého důvodu: protože klesla její cena. Od roku 2000 činí pokles ceny více než 80 procent, uvedla v loňském roce Mezinárodní agentura pro obnovitelné zdroje (IRENA).

Do značné míry je díky křemíku. Ten dnes je základem prakticky všech vyráběných panelů s výjimkou některých okrajových způsobů využití (například pro družice). Věda zná v principu vhodnější a účinnější materiály, žádný z nich však tehdy tak levný, tak dobře známý a dobře prozkoumaný jako křemík. Výrobci křemíkových panelů se tak mohli opřít o dlouhá léta vědeckých i praktických zkušeností. I díky tomu se velkovýroba mohla těchto panelů rychle rozběhnout, a ceny tedy mohly rychle klesat. Pomalu je ovšem čas na náhradu.

Stará novinka

Velmi slibný nástupce se zrodil v roce 2009. Japonští vědci spíše jen tak ze zvědavosti vytvořili solární článek, ve kterém perovskit sloužil jako barvivo, tedy materiál, který pohlcuje světlo dopadající na článek. Měl mizernou účinnost, jen 3,5 procenta, a dokonce se vědcům ztrácel pod rukama. V článku byl použit kapalný elektrolyt, který postupně rozpouštěl materiál článků. Z laického pohledu to ubohý výsledek, vědce ale zaujal.

Proč? Protože základní materiál použitý pro článek byl zajímavě levný. Jednalo se o sloučeninu patří mezi tzv. perovskity. To je skupina sloučenin halogenů s kovem (jako první byly popsány sloučeniny s olovem), které lidstvo zná téměř 200 let. Mají sice nepraktické vlastnosti, ale jde o materiály, které v principu lze vyrábět levně a ve velkých množství. Už autory prvních článků napadlo, že podobné články by se daly výrbět sítotiskem, tedy podobně jako se tisknou například nálepky.

Bylo ovšem jasné, že vědce čeká ještě spousta práce. Perovskitů je celá řada. Materiáloví odborníci nimi mělo museli najít levné sloučeniny s vhodnými vlastnostmi, které by se daly vyrábět výrazně levněji než „čistý“ křemík.

Ukázka perovsktiu
Ukázka perovsktiu. V mřížce tvořené olovem a halogenem (v tomto případě chlórem či bromem) je uvězněna skupina CH3NH3+ (foto: Christopher Eames et al.)

Postupně se “perovsktiový vlak rozjel”. V srpnu roku 2012 vytvořil tým ze švýcarského Lausanne články s perovskitem s účinnosti necelých 10 procent. V červenci roku 2013 pak rekord posunuli na 15 procent. V té době vystoupil do popředí „perovsktitové scény“ jistý Henry Snaith z Oxfordské univerzity, budoucí spoluzakladatel firmy Oxford PV. Snaith představil v časopise Science první perovskitový článek, který nepotřebuje kapalný elektrolyt. Články obsahující kapalinu jsou totiž velmi nepraktické, na slunci by mohly například velmi snadno praskat.

Snaith do výzkumu nastoupil s velkým nadšením. Již před lety veřejně prohlásil, že podle něj nebude v brzké době problém s pomocí perovskitů postavit články s účinností zhruba 20 až 25 procent. Nemyslel tím články čistě perovsktitové, ale články s několika vrstvami „vyladěnými“ pro co nejlepší absorpci různých částí slunečního spektra, které by mohly umožnit rychlé zvýšení účinnosti.

Jen když nebude pršet…

Nikdo příliš nepochyboval, že perovskity by mělo být možné vyrábět levně. Jejich největší slabinou byla ovšem od začátku již zmíněná voda. Některé vhodné látky byly velmi nestabilní i za nízké vlhkosti. Někdy se dokonce rozpouštěly tak rychle, že se je po výrobě nepodařilo ani řádně změřit. Jiné se postupně rozkládaly už na světle, což je pro fotovoltaický materiál nepříjemný handicap.

Zastánci technologie tvrdí, že se problémy s trvanlivostí zveličují, a díky rokům vývoje je situace jiná. Články některých výrobců už prošly běžnými mezinárodními testy odolnosti a trvanlivosti (tj. IEC 61215), tedy testy „zrychleného stárnutí“. Automaticky to však neznamená, že by v běžných podmínkách měly fungovat zhruba stejně dlouho jako křemíkové panely, od kterých se dnes očekává životnost zhruba 25 let. Řádově roky by však fungovat měly. 

Firmě s oxfordským rodokmenem se ovšem evidentně nepodařilo vyřešit jiný problém, a to obsah jedovatých látek v článku, konkrétně olova. Není ho mnoho (údajně zhruba 0,3 gramu na metr čtvereční), ale i když si těžko představit, že v takovém množství by mohly panely způsobit nějakou ekologickou katastrofu, z legislativního hlediska (a tedy i z pohledu uživatele) by mohlo jít o problém především při vyřazování panelů z provozu.

Na světě je již několik firem, které chtějí perovskitové články zkoušet v praxi, pričemž v čele pelotonu je právě Oxford PV. Během několika málo let bychom tedy měli nejen z výsledků jejich měření, ale také z jejich finančních výkazů poznat, zda se křemík opravdu může na své pozici fotovoltaické jedničky začít cítit ohrožený.

Související články

Vložit komentář...