A napenergia-hasznosítás újabb mérföldkőhöz érkezett: kínai kutatók olyan perovszkit–organikus tandem napelemet fejlesztettek ki, amely 28,04 százalékos hitelesített energiaátalakítási hatásfokot ért el. Az eredmény nemcsak a kiemelkedő teljesítmény miatt figyelemre méltó, hanem azért is, mert a cella hosszú távon is megőrizte hatékonyságát.
A fejlesztést a Kínai Tudományos Akadémia Kémiai Intézetének kutatói jegyzik, eredményeiket pedig a rangos Nature tudományos folyóiratban tették közzé.
Nemcsak gyorsabb, hanem tartósabb is
A laboratóriumi mérések szerint az új napelem 625 órányi folyamatos megvilágítás után is megtartotta eredeti teljesítményének mintegy 90 százalékát. Ez különösen fontos előrelépés, hiszen a perovszkit alapú napelemek egyik legnagyobb problémája eddig éppen a hosszú távú stabilitás volt.
A kutatók szerint sikerült jelentősen csökkenteni azokat a szerkezeti változásokat, amelyek idővel rontják a cellák hatékonyságát.
Miért különlegesek a tandem napelemek?
A hagyományos szilícium napelemek egyetlen aktív réteggel dolgoznak, míg a tandem technológia több különböző félvezető réteget helyez egymásra.
Ez úgy képzelhető el, mint egy többrétegű szendvics: minden réteg a napfény más-más hullámhosszát hasznosítja, így összességében jóval több energiát képes begyűjteni ugyanakkora felületen.
Ennek köszönhetően a tandem napelemek hatásfoka jelentősen meghaladhatja a hagyományos szilíciumcellákét.
Egy apró adalékanyag hozta meg az áttörést
A kutatók egy TDB nevű speciális adalékanyaggal oldották meg a perovszkit egyik legnagyobb problémáját.
A gyártás során ez az anyag egyenletesebbé teszi a kristályszerkezet kialakulását, később pedig – amikor a napelemet napfény éri – stabilizálja a szemcsehatárokat, megakadályozva az ionok vándorlását és az anyag szerkezeti romlását.
Ennek eredményeként nemcsak a teljesítmény nőtt, hanem a hosszú távú megbízhatóság is jelentősen javult.
A fejlesztés során a kutatók először egy önálló perovszkit cellával értek el 20,01 százalékos hatásfokot. Ezt követően egy organikus alsó réteggel kombinálva elkészült a tandem változat, amely laboratóriumban 28,80 százalékos csúcshatásfokot, illetve 28,04 százalékos hitelesített, tartós működés közbeni hatásfokot produkált.
Könnyű, hajlékony és sokoldalúan felhasználható
A perovszkit–organikus tandem technológia egyik legnagyobb előnye, hogy a cellák rendkívül vékonyak és könnyűek.
Akár rugalmas műanyag hordozóra is gyárthatók, így olyan helyeken is alkalmazhatók lehetnek, ahol a hagyományos üveg alapú napelemek nem jelentenek megoldást.
A kutatók szerint a jövőben ilyen napelemek jelenhetnek meg:
- intelligens épületek üvegfelületein,
- okosruházatokban,
- hordozható elektronikai eszközökön,
- kültéri felszereléseken,
- valamint műholdakon és más űreszközökön is.
Kis tömegük és nagy teljesítményük miatt különösen vonzó megoldást jelenthetnek az űripar számára, ahol minden gramm számít.
Nemzetközi verseny a következő generációs napelemekért
A kínai fejlesztés jól mutatja, milyen intenzív verseny zajlik a következő generációs napelemek piacán. Nemrég a német Helmholtz-Zentrum Berlin és a Humboldt Egyetem kutatói is jelentős eredményt értek el egy saját fejlesztésű tandem cellával, amely 25,5 százalékos energiaátalakítási hatásfokot produkált.
Mindez arra utal, hogy a perovszkit alapú technológia egyre közelebb kerül a kereskedelmi alkalmazásokhoz. Ha sikerül a laboratóriumi eredményeket ipari méretekben is megismételni, a következő években könnyebb, olcsóbb és jóval hatékonyabb napelemek jelenhetnek meg a piacon.
Forrás: Interesting Engineering
Borító: Pixabay
