Felhős időben is működő napelemeket fejlesztettek

A most kifejlesztett fekete szilíciumos napelem felülete egyelőre még csak 9 négyzetcentiméter

Európai kutatóknak sikerült olyan napelemeket kifejleszteniük, amelyek képesek borús időben is energiát termelni, és a hatékonyságuk is elfogadható.

A napelemek egyre olcsóbbakká és hatékonyabbá válnak. A kormányok mind több helyen ismerik fel a napenergia hasznosításában rejlő lehetőségeket. Remélhetőleg előbb-utóbb a magyar kormány is belátja, nagyobb figyelmet és támogatást kell fordítania e tiszta energia hasznosításának az elterjesztésére.

Eddig azonban volt egy jelentős probléma: a napelemek csak akkor működnek igazán jól, ha közvetlen, erős napsugárzás éri őket. Ennek kiküszöbölésére a kutatók úgynevezett fekete szilíciumos napelemek létrehozásán fáradoznak, amelyek több fényt nyelnek el és még felhős napokon is használhatók. Ezek azonban nem voltak elég hatékonyak ahhoz, hogy beszálljanak a versenybe – egészen mostanáig.

A Fraunhofer intézet által kifejlesztett fekete szilíciumos napelem készítése lézeres gözölögtetéssel. A kis képen a napelem felszíne látható elektronmikroszkóp alatt Forrás: Fraunhofer

Megnövelt hatékonyság

Egy európai kutatókból álló csoport a Nature Nanotechnology legújabb számában jelentette be, hogy sikerült olyan fekete szilíciumos napelemet létrehozniuk, amely a napfény energiájának 22,1 százalékát képes elektromossággá alakítani. Ez majdnem 4 százalékos növekedés a korábbi rekordhoz képest.

Noha ez még mindig messze van a hagyományos szilíciumos napelemek rekordját tartó 40 százalékos hatékonyságától, azt jelzi, hogy a fekete szilíciumos napelemek most már valódi versenytársak, amelyek hozzájárulhatnak a napenergia költségeinek jövőbeni csökkentéséhez.

Még látványosabb adat, hogy a csoport összehasonlította az új fekete szilíciumos napelemet a hasonló hatékonyságú hagyományos napelemekkel, és kimutatta, hogy az új konstrukció 3 százalékkal növeli a napi energiatermelést. Ez annak köszönhető, hogy akkor is képes fényt felhasználni, amikor a nap alacsonyan jár az égbolton.

Az elektronok leragadásának megakadályozása

A fekete szilíciumos napelemek felületét parányi, nanoméretű bordákkal borítják, amelyek lehetővé teszik, hogy a lehető legtöbb látható és infravörös fényt nyeljék el. Miután a fény elnyelődött, egy kvantumreakció játszódik le, amelynek eredményeképpen elektronok jönnek létre.

A most kifejlesztett fekete szilíciumos napelem felülete egyelőre még csak 9 négyzetcentiméter Forrás: Aalto Egyetem

A nanobordák miatt azonban az elektronok hajlamosak egyesülni a fekete szilícium fotovoltaikus felületével ahelyett, hogy elektromos áramként haladnának át az elemen. Ez a probléma szabja meg a napelemek hatékonyságának korlátait.

A probléma megoldásához a finn Aalto Egyetem kutatói a spanyol Universitat Politècnica de Catalunya munkatársaival együttműködve egy vékony filmmel egészítették ki a nanoszerkezetüket, valamint egy vastag réteggel borították a napelemek hátoldalát, ezzel elősegítették az elektronok továbbhaladását.

A legnagyobb kísérleti napelem területe egyelőre 9 négyzetcentiméter, de ez már jó kiindulási alap a nagyobb, gyakorlatban is használható, iparilag gyártható táblákhoz.