Sikerülhet megduplázni a napelemek hatásfokát

Egy kutatási projekt újfajta nanostruktúrákat használ a napelem cellák hatásfokának jelentős megnöveléséhez.

A legtöbb jelenleg üzemben lévő napelem cella a napfény kevesebb, mint 20%-át alakítja át elektromos árammá, írja a mernokbazis.hu. Egy új projekt, amelyet az ARPA-E amerikai kutatási iroda 2,4 millió dollárral támogat, a napelemek hatásfokát jelentősen megemelné. A cél egy több mint 50%-os átalakítási hatásfok, ezzel a napelemek hatásfokának megduplázása. Ez csökkenthetné a területigényt és a technikát versenyképesebbé tenné a fosszilis energiahordozókkal szemben. A projektet Harry Atwater a California Műszaki Intézet fizika és anyagtudományi professzora vezeti. Az ötlet: speciálisan strukturált anyagok a napfényt 8-10 különböző színtartományra bontják fel, amelyeket aztán az adott hullámhosszhoz igazított félvezetőt alkalmazó napelem cellákra irányítanak. Végeredményben a Nap fényspektrumának nagyobb hányadát használják fel.

A napfény színtartományokra bontásának ötlete nem új. Egy korábbi megközelítés különböző félvezetőket használ egymásra rétegezve – a fény ebben a hozzáillő rétegig halad, ahol aztán nagy hatásfokkal elektromossággá alakítják. Kereskedelmi napelem cellák így több mint 43%-os hatásfokot érnek el. A probléma, hogy az ilyen cellák gyártása a korábbiakhoz hasonlóam drága és az áramkimenet folyamatosan a legkisebb hatásfokú réteghez igazodik. Alternatívaként a fénytartományokat hagyományos lencsékkel, tükrökkel és szűrőkkel is szét lehetne válogatni, de az eddig bemutatott prototípusok ezzel a területen még viszonylag ormótlanok. Atwater ezért egy új ötletben bízik, melyben a fényt kicsiben válogatják szét színek szerint, befogva és a kívánt napelemre irányítva. Az ehhez felhasznált vékonyfilm struktúrák olyan elemeket tartalmaznak, amelyek gyakran kisebbek, mint a fény hullámhossza. Az ilyen precíziós elemekkel ellátott cellák nem is néznének ki másként, mint a hagyományos napelemek – ugyanolyan laposak lennének: egy réteg gondoskodik a fény szín szerinti válogatásáról, a második réteg az illeszkedő napelemek egy sorával rendelkezne.

Továbbra is nagy kihívás marad a gyártás: eddig senkinek sem sikerült anyagokat ilyen pontosan olyan nagy mennyiségben előállítani, amely ki tudná elégíteni a napelem ipart. Atwater azonban úgy gondolja, hogy ez nem sokáig marad így. Az LCD/TFT alapú síkképernyők is kezdetben a fény manipulálásának bonyolult eszközei voltak – egy képernyő tranzisztorok millióiból áll, amelyekkel az egyes képpontokat kapcsolják. „Az első képernyők, amelyek a piacra kerültek sok ezer dollárba kerültek és látható hibákkal rendelkeztek. Ma már száz dollárért lehet őket kapni és szinte tökéletesek. A költségek gyorsan csökkennek” – mondta Atwater. A képernyők hasonló méretűek, mint a napelem panelek, mégis rendkívül komplex optoelektronikai kapcsolást valósítanak meg. „Amit mi javaslunk, az ehhez viszonyítva egészen primitív” – tette hozzá. A nanostruktúrák gyártásához szükséges gyártási eszközök is lassan piacra kerülnek. „Ezek viszont drágák maradnak, ameddig a gyártási mennyiség csekély marad” – mondta Atwater.

Ajánlott tartalom

Árkénytűrő napelemet fejlesztettek

Hatékonyabb és árnyéktűrő napelemek fejlesztésén dolgozik a német M10 és a Fraunhofer ISE kutatóintézet.