Martin Pivoda | 15. 12. 2020

Levný zdroj pro výrobu energie: vědci hledají, jak dostat perovskit z laboratoří do výroby

Zatímco ještě před několika lety byl hlavní silou vytlačující z energetického mixu uhlí plyn, tak mu čím dál těsněji šlape na paty fotovoltaika. Jedním z faktorů, který má na tento trend podstatný vliv je i úspěšný vývoj inovativní technologie solárních článků využívajících perovskit.

Mnoho investorů, vlád i iniciativ vnímá fotovoltaiku jako jednu z nosných technologií pro nepochybně nutnou energetickou transformaci. Fotovoltaické technologie založené na křemíku již zaznamenaly podstatný pokles cen, zejména díky zvýšení efektivity při jejich výrobě a v celém produkčním řetězci. Aby mohlo dojít k dynamičtějšímu rozvoji, bude potřeba ještě dramatičtějšího poklesu, než lze docílit využíváním křemíku, jakožto doposud dominantního materiálu. Velkou naději představuje vzestup solárních článků na bázi perovskitu.

Laboratorně "vypěstovaný" minerál

Je pravděpodobné, že jste se s tímto pojmem zatím nesetkali. Perovskit je minerál vyskytující se v přírodě, který lze “vypěstovat” i v laboratorních podmínkách při velmi přijatelných nákladech. Navíc jsou jeho optické vlastnosti přímo ideální pro využití v solárních článcích. Využití a zlepšování technologie perovskitu ve fotovoltaice je v USA dokonce přímo podporováno Ministerstvem energetiky.

Obdobně jako tomu je u křemíku je potřeba i při použití perovskitu vhodně balancovat mezi jednoduchostí produkce a účinností vyráběných solárních článků. Z pohledu nákladovosti a jednoduchosti výroby se většina výzkumu dosud zaměřovala na polykrystalickou strukturu. Ta s sebou ovšem nese ztrátu účinnosti a stability produktu. Monokrystalické perovskity jsou efektivnější a stabilnější, ale zatím nebyl nalezen způsob, jak jejich výrobní proces škálovat z laboratorních podmínek do masové výroby.

Tuto doposud nepokořenou výzvu se rozhodl přijmout tým techniků nanotechnologií na Kalifornské univerzitě v San Diegu. Jak tomu občas bývá, našli řešení přímo na svém vlastním dvorku. Během výzkumu totiž otestovali i běžné výrobní procesy, které polovodičový průmysl již mnoho let používá k výrobě monokrystalických filmů z křemíku a dalších materiálů, které jsou běžně používány od mobilních telefonů až po satelity. Tisková zpráva vydaná univerzitou pak uvedla, že takto vyrobený monokrystalický perovskitový film vykazoval méně defektů, vyšší účinnost a zvýšenou stabilitu ve srovnání s jeho polykrystalickou variantou.

Levné solární řešení pro pláště budov

Report CNN z Oxfordské univerzity o výzkumu využití perovskitu pro solární články podává ještě zajímavější informace. Podle něj může být další generace článků z perovskitu až dvakrát efektivnější než současné technologie a svou flexibilitou umožní dokonce velmi jednoduše do solárních článků “obalit” celé budovy.

Univerzita v Oxfordu dokonce pro výzkum využití perovskitu založila vlastní projektovou společnost Oxford PV, jejíž pracovníci dosáhli zásadního úspěchu v roce 2018. Kombinovaným využitím křemíku a perovskitu dosáhli 28% účinnosti článku, přičemž dosavadní maximální účinnost křemíkových článků byla na 22 %. Při pokračování výzkumu očekávají dokonce zvýšení účinnosti nové technologie až na 40 %.

Henry Snaith, profesor fyziky na Oxfordské univerzitě a spoluzakladatel Oxford PV řekl reportérům CNN Business, že “pokud chceme dosáhnout toho, aby veškerá nová výroba elektřiny byla z fotovoltaiky, pak musíme neustále snižovat cenu. Jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout, je neustále zvyšovat účinnost nebo výkon článků, a to je místo, kde perovskite skutečně vstupuje do hry.” Podle týmu Oxford PV může perovskite v budoucnosti dokonce křemík plně nahradit.

Zkoumají se i způsoby, jak perovskit nanášet formou nástřiků, což by mohlo dále zvýšit efektivitu při snížení váhy a přepravních nákladů solárních technologií. S technologickým vývojem se dá očekávat, že budou perovskity sprejovány na flexibilní podklady, což umožní aplikace těchto flexibilních článků i na členité fasády budov.

Dosavadní výsledky výzkumů společnosti Oxford PV jsou natolik slibné, že je na začátek příštího roku plánováno spuštění výroby hybridních křemík-perovskit článků v nově vybudované továrně německém Brandenburgu. Využitím zde vyrobených panelů by měla průměrná instalace na střeše rodinného domu ušetřit investorům 23 000 Kč.

Nemusíte však čekat na inovativní fotovoltaiku. I dnešní technologie solárních panelů pomohou domácnostem k zajímavým úsporám

Dalším významným investorem do výroby solárních článků z perovskitu je polská Saule Technologies z Varšavy, která zde v září zahájila výrobu článků technologií inkoustového tisku. Začátkem příštího roku zahájí strategicky nasmlouvané dodávky developerské společnosti SKANSKA, která chce být podle svého vyjádření prvním developerem využívajícím tištěné solární články na fasády budov v komerčním měřítku.

Olga Malinkiewicz, spoluzakladatelka Saule Technologies k tomu dodává: “Perovskit zásadně změní pravidla v energetickém sektoru, protože funguje za všech světelných podmínek. Můžete jej přizpůsobit. Je to úžasný materiál. Architekti ho budou milovat.“

Autor: Martin Pivoda

Zdroje: Clean Technica, CNN Business

FOTO: Science Trends