Fotovoltaická mánie

V soutěži „zelených“ energií si dobře vedou fotovoltaické články. Podle odhadů Evropské fotovoltaické platformy by mohla elektřina získávaná z tohoto zdroje krýt v roce 2040 až 20 % světové potřeby. Nicméně, pro masivní nasazení bude nutné podstatně zlepšit jejich vlastnosti. Fotovoltaický efekt objevil francouzský fyzik Becqerel již v roce 1839, ale až do vynálezu polovodičů v roce 1950 se fotovoltaika prakticky neuplatnila. Fotovoltaický článek generuje stejnosměrný elektrický proud přímo z energie fotonů bez dalších mechanických nebo tepelných vstupů. Fotovoltaický článek tvoří polovodičový materiál (nemusí to být jen křemík) vložený mezi dvě sběrné elektrody. Horní vrstva polovodiče je dotována látkou s vyšší valencí než má křemík (N). To je například fosfor. V původním stavu má jeden elektron navíc v nejvyšší valenční sféře. Dolní vrstva je dotována látkou s nižší valencí (P), například bórem, kterému jeden elektron v nejvyšší vrstvě chybí. V polovodiči P-N elektrony putují z N do P až dosáhnou rovnováhy. Tím se vytvoří elektrické pole bránící dalšímu přenosu elektrického náboje. Když na článek dopadne světlo, fotony vytrhnou jednotlivé elektrony z obou vrstev čímž vznikají „díry“. A jelikož tyto pozitivní a negativní náboje nemohou překonat přechod P-N jsou nuceny putovat přes přiložené elektrody obvodem a generovat tak elektrický proud. Energetická efektivnost fotočlánků je nízká. Podařilo se ji zvýšit z 8 % v době kolem roku 1980 na současných 11 % až 17 %, ale to je stále málo s přihlédnutím k poměrně vysokým nákladům výroby. Německá vláda, ovlivněná členy strany Zelených, výrobu bohatě dotovala. Počet pracovních míst se v tomto sektoru zvýšil z 1500 na 30 000. To je sice přínos, ale energetickou bilanci SRN to ovlivnilo jen nepatrně, leč Němci mají nejvyšší podíl fotovoltaické elektřiny v Evropě. Aby se technologie fotovoltaiky mohla prosadit významněji, je nezbytné zvýšit výkonnost a snížit náklady výroby článků. Výzkum se soustředil na zvýšení energetické efektivity na 25 až 45 % do roku 2030. Záležitosti se ujala také Evropská komise a podpořila projekt CrystalClear, který by měl fotovoltaice pomoci. Intenzivně se studuje zpracování křemíku, jenž je základním materiálem pro výrobu 85 % článků. Sledují se přitom dvě cesty. První je užití nových typů křemíku, zejména solar-grade, který je méně čistý, a tudíž i levnější. Druhou cestou je maximální využití suroviny, zejména snižováním lomu ve výrobě a lepší architekturou článků. Zjednodušení výroby a snižování nákladů by mělo rovněž zmenšit negativní vlivy na životní prostředí. Zmenšení obsahu křemíku v článku zlepší energetickou návratnost. To je doba, za kterou článek vyprodukuje stejné množství energie, jaké bylo zapotřebí k jeho výrobě. Běžně je to jeden až dva roky. Fotovoltaické články se však vyrábějí i na jiných nosičích než je křemík. Jedním z nich je ohebný film CIGS s nanesenou polovodičovou vrstvou mědi, india, galia nebo selenu. Přechod je obdobný přechodu P-N na křemíku. Energetická efektivnost je blízká 20 %, a tím je tato technologie vážným konkurentem křemíku. Jinou technologií jsou lehké a ohebné plastové fotočlánky s efektivitou sice jen 5 %, ale s velmi nízkými výrobními náklady. Jejich nevýhodou je citlivost na kyslík a vlhkost, takže je nelze použít ve venkovním prostředí. Pracuje se však na jejich vhodném zapouzdření. Dalším řešením využití světla pro výrobu elektřiny jsou Graetzelovy sluneční články pracující na principu fotosyntézy. Jsou vyrobeny z nanokrystalů oxidu titaničitého (TiO2) potažených organickou látkou, z níž se slunečním zářením uvolňují elektrony. V laboratorních podmínkách bylo dosaženo efektivnosti přeměny poněkud vyšší než 10 % a jejich vynálezce profesor Graetzel tvrdí, že ve výrobě mohou být až pětkrát levnější než křemíkové články.