Roste účinnost fotovoltaických článků

Výzkumníci ve Fraunhoferově institutu pro sluneční energii (FISE) dosáhli dalšího světového rekordu v účinnosti přeměny slunečního záření na elektrickou energii: jejich fotočlánky dosáhly účinnosti 41,24 %. Přitom jsou badatelé přesvědčeni, že u článků se speciální vícevrstvou strukturou dosáhnou v krátké době ještě vyšší účinnosti. Konvenční křemíkové fotovoltaické články s jednoduchou aktivní vrstvou dosahují účinnosti kolem 17 %. V laboratorních podmínkách maximálně 25 %. Výzkum se proto soustředil na vývoj vícevrstvých článků, které zpracovávají širší spektrum slunečního záření a také na využití nových materiálů. Vícevrstvá struktura je v principu sada jednovrstvých desek. Umožní využívat několik pásem vazební energie polovodičů a několik pásem ve spektru slunečního záření. V institutu vyvinuli metamorfní mnohovrstvé články ze III-V. dekády polovodičových směsí, jež jsou způsobilé převádět sluneční záření na elektrickou energii. Výchozím materiálem pro jakýkoliv fotovoltaický článek je polovodič s P-N přechodem. Pro dosažení vysoké účinnosti přeměny je nezbytné scelení různých materiálů v několika vrstvách, přičemž každý materiál si zachovává vlastní P-N přechod. Rekordní článek ISE je složen z galiumindiafosfidu (jako svrchního materiálu) na galiuindiuarsenidu, podloženého germaniem. Všechny polovodiče mají krystalickou strukturu se specifickou vzdáleností atomů. V tomto kontextu je germanium spodní vrstvou koláče. Když se krystal dalšího materiálu pěstuje na germaniové podložce, musí si zachovat svou specifickou vzdálenost. Pak se dosáhne vysoké kvality krystalu a nejsou problémy s přeměnou záření. Když se specifická vzdálenost liší byť nepatrně, vznikají chyby nazývané dislokace. Ty podstatně snižují účinnost článku. Ve FISE vyvinuli speciální fotovoltaicky neaktivní vrstvu, kterou nazvali buffer-vrstva. Ta do sebe pojme všechny dislokace a na povrchu této vrstvy je materiál bez dislokací. Jinými slovy: všechny vady se uloží do elektricky neaktivního materiálu a aktivní regiony jsou bez vad. Metamorfní růst krystalu dokáže také využít větší rozsah III. až V. pásma v článcích s multipřechody. Použité materiály jsou přesně proudově vyrovnány, takže všechny tři dílčí články generují elektrický proud stejné intenzity a napětí, ale každý z jiné části spektra slunečního záření. Vývojáři ve FISE by chtěli v dohledné době předvést článek s účinností 42 % nebo 43 %. Budou usilovat o přidání dalších přechodů. Když se podaří dosáhnout 6 přechodů, mohla by účinnost překročit 50 %. To si ovšem vyžádá vývoj nových materiálů a určitý čas. Důležité je, že třípřechodová technologie byla již předána k průmyslovému využití do podniku AZUR v Heilbronnu, který vyrábí fotovoltaické články pro kosmické aplikace. AZUR se podílí i na dalších projektech vývoje solárních článků, kupř. na projektu FULLSPECTRUM a připravuje rozšíření výroby. /šu/