Revoluční objev Ostravské univerzity může zlevnit účinné solární články

Když v červenci 1969 americký astronaut Neil Armstrong jako první člověk vstoupil na Měsíc, pronesl legendární větu: „Je to malý krok pro člověka, velký skok pro lidstvo.“ I když se aktuální objev vědců Ostravské univerzity nedá s událostí před více než půlstoletím srovnávat, princip je víceméně stejný: zdánlivě malý krok má významný dopad (nejen) na další rozvoj fotovoltaiky.

„Je to, jako když si hrajete se stavebnicí, kde posunete jeden dílek a získáte úplně jinou funkci,“ vysvětlil na jednoduchém příkladu význam objevu Miroslav Kolos z Katedry fyziky Přírodovědecké fakulty Ostravské univerzity. Kolos je spolu s Františkem Karlickým a Nileshem Kumarem autorem nového výzkumného počinu, který fyzici popsali v prestižním časopise Nano Letters.

Ostravští vědci prokázali, že pouhá změna vzájemného uspořádání dvou ultratenkých vrstev materiálu může zásadně ovlivnit jeho interakci se světlem. Objev otevírá nové možnosti pro vývoj nejen účinnějších a levnějších solárních článků, ale také fotodetektorů (elektronická součástka, která přeměňuje dopadající světelné záření na elektrický signál – pozn. aut.) nebo kvantových zařízení.

Objev na titulní straně

Fyzici se zaměřili na dvojici dvourozměrných materiálů: borid fosforu a diselenid chromu. Každý z nich má unikátní optické a elektronické vlastnosti, ale až jejich spojení do takzvané van der Waalsovy heterostruktury odhalilo skutečný potenciál celého systému.

„Zjistili jsme, že pouhý nepatrný vzájemný posun vrstev materiálu – řádově o vzdálenost jednoho atomu – dokáže zásadně změnit jeho optické vlastnosti. Nemusíme přitom používat žádné nečistoty, chemické úpravy ani mechanické deformace,“ poznamenal Miroslav Kolos.

Objev fyziků z Ostravy do budoucna přináší nové možnosti efektivního řízení toho, jak materiál pracuje se světlem či jiným elektromagnetickým zářením – a to pouze díky přesnému uspořádání jeho vrstev na úrovni atomů. Tento přístup může v budoucnu vést k vývoji zcela nových součástek s předem definovanými vlastnostmi, jejichž využití sahá daleko za hranice současné elektroniky.

• Související: Český vědec uspěl se svým patentem na baterie se sírou

V praxi by takový materiál mohl umožnit vznik levnějších, úspornějších nebo výkonnějších zařízení v oblasti solární energie, optiky či kvantové komunikace. Význam objevu podtrhuje také to, že se dostal na obálku daného čísla časopisu Nano Letters.

Další vědecké úspěchy

Není to jediný úspěch české vědy v oblasti fotovoltaické energie. Například expertní tým Ústavu makromolekulární chemie Akademie věd ČR ve spolupráci s kolegy z Linköpingské univerzity ve Švédsku vyvíjí organické solární články, které by jako ekologičtější varianta mohly nahradit tradiční křemíkové panely.

Jejich výhodou je, že se dají vyrobit bez toxických rozpouštědel, neobsahují těžké kovy, a ještě mají výrazně nižší výrobní náklady. Dalším přínosem nového materiálu je rovněž jeho nižší hmotnost, takže se dají použít i v místech, kde dosavadní fotovoltaické panely nejsou vhodné – například jako průhledné fólie na okna nebo ve formě střešní krytiny, kde by se jednotlivé články mohly snadno zaklapnout do sebe podobně jako tašky na střeše.

Tým vědců z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR si zase před několika lety nechali patentovat vynález revoluční baterie, která může najít uplatnění například při ukládání energie z obnovitelných zdrojů, jako jsou solární elektrárny.

• Související: Revoluce ve fotovoltaice s českou stopou: Vědci vyvíjejí ekologické solární články

Funguje na principu elektrochemické reakce, její kapacita je srovnatelná s komerčními nikl-metal hydridovými bateriemi, a přitom přináší několik zásadních výhod: je vyrobena z extrémně levných materiálů, na rozdíl od používaných akumulátorů nehoří ani nevybuchuje a spolehlivě funguje i v nízkých teplotách.

„Vodné baterie byly představeny již dříve, ale jejich rozmachu bránila relativně nízká kapacita a napětí. Našemu týmu se podařilo tento problém vyřešit tím, že jsme do roztoku vody přidali velké množství chaotropní soli chloristanu zinečnatého,“ vysvětlil vedoucí týmu Jiří Červenka.

Dosažené napětí je podle něj srovnatelné s napětím, kterého dosahují organické elektrolyty v komerčních lithiových bateriích. Nespornou výhodou je rovněž vysoká vodivost, která na rozdíl od organických elektrolytů významně neklesá ani za nízkých teplot.

Ilustrační foto: Pixabay