Aktualności, Energetyka, Energia odnawialna, Energia słoneczna, Wydarzenia

Do widzenia, krzem: Uczeni tworzą panele słoneczne z taniego tlenku miedzi

Fotoogniwa z tlenku miedzi / Fot. extremetech.com

Uczeni z University of California i Berkeley Lab odkryli sposób tworzenia fotoogniw z materiału półprzewodnikowego, zamiast z pięknych, drogich kryształów krzemu. W zasadzie może to otworzyć drzwi do dużo tańszej energii słonecznej.

Fotoogniwa z tlenku miedzi / Fot. extremetech.com

Prawie każdy panel słoneczny na rynku jest wykonywany poprzez cięcie dwóch cienkich (200 mikronów, 0.2mm) plastrów z dużego kryształu krzemu, a następnie zmieszanie go z zanieczyszczeniami dla wzmocnienia efektu fotoogniw – z fosforem dla zrobienia krzemu typu „n”, a  z borem –  typu „p”. Te plastry są składane ze sobą, na górze i na dole dodawane są elektrody, całość jest obramowana szkłem ochronnym – i voila, standardowe fotoogniwo.

Teraz, teoretycznie, można zanieczyścić jakikolwiek półprzewodnik – ale tańsze, bardziej dostępne półprzewodniki, takie jak tlenek miedzi, nie utrzymują zbyt dobrze domieszek półprzewodników, co w rezultacie prowadzi do przerwania połączeń p-n. Silikon zatrzymuje bardzo dobrze domieszki, ale nie jest tani.

Aby obejść ten problem, kalifornijscy uczeni opracowali nowy rodzaj komórki słonecznej zwanej fotoogniwem polowym badanym inżynieryjnie, w skrócie SFPV. Zamiast fizycznego zanieczyszczania, w SFPV stosuje się minutowe pole elektryczne, dla uzyskania takiego samego efektu zanieczyszczenia. Kiedy istnieje to pole elektryczne, połączenie p-n pozostaje a fotoogniwo w dalszym ciągu wytwarza mnóstwo elektryczności. Energia potrzebna do wyprodukowania tego pola elektrycznego jest najwyraźniej dużo mniejsza niż energia produkowana przez efekt fotoogniw.

Fotoogniwa z miedzi / Fot. extremetech.com

Efekt pola elektrycznego nie jest nowy (być może słyszałeś o tranzystorach z efektem pola?), ale jego zastosowanie w fotoogniwach jest nowością. Głównym problemem, na jaki natknęli się uczeni UoC i Berkeley Lab jest to, że potrzeba styku nad półprzewodnikiem, aby zapewnić pole elektryczne – ale oczywiście to zasłania półprzewodnik przed światłem słonecznym. Rozwiązanie wymyślone przez uczonych jest proste: Albo używasz bardzo cienkiego styku, takiego jak grafen (który jest przezroczysty), albo używasz serii wąskich styków typu płetwa (rysunek powyżej).

Co dalej? „To badanie odsłania wyniki nowych półprzewodników (wiele tlenków metali, siarczków i fosforków ) dla praktycznych zastosowań fotoogniw, więc obecnie utożsamiamy je z największym potencjałem dla niskokosztowych, wysokowydajnych paneli słonecznych” – mówi Will Regan główny autor, dla Ars Technica.

Jak tylko znalezionoby najlepszy materiał, to wcale nie będzie łatwa „jazda”: istnieje gigantyczny przemysł (głównie w Chinach) wyspecjalizowany w produkcji standardowych fotoogniw, i brakuje im sprzętu lub doświadczenia w produkcji SFPV. Nie jest co prawda tak źle jak w branży chipów komputerowych, gdzie biliony dolarów inwestuje się w silikon, ale wymagać będzie dużo wysiłków przeniesienie branży na SFPV. Korzyścią są oszczędności kosztowe – i śmiem twierdzić, że pierwsza firma, która wyprodukuje energię słoneczną, która jest znacznie tańsza niż energia z paliw kopalnych, będzie zwycięzcą.

Anna Głaz

2 Comments

  1. 1

    Czy autor artykułu widział kiedyś kryształ silikonu? Silicon w języku angielskim to krzem i wszystko wraca do rzeczywistości. Nic więcej na ten temat nie napiszę… bo ręce opadają z klawiatury. Pozdrawiam.

  2. 2

    Wielkie dzięki za spostrzeżenie błędu. W natłoku prac jakie ostatnio mieliśmy wkradła się taka pomyłka. Doceniamy to, że zwróciłeś na to uwagę. Postaramy się w przyszłości nie popełniać takich gaf. Pozdrawiamy

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *