A napenergia felhasználásában, azt hihetnénk, már nincs új a nap alatt: nem új technológiáról beszélünk, ráadásul ma már nem is különösebben drágáról, a legfontosabb ok, amiért nem ezt használja mindenki, az a kis tárolási kapacitás - ez viszont már az akkumulátorokon múlik. Steve Albrecht, a Helmholtz-Center Berlin és TU Berlin kutatója azonban olyan szolárpaneleken dolgozik a csapatával, amik a napelemek új generációját hozhatjék el,
ha minden jól megy, akár egy-két éven belül.
A hagyományos, jelenleg használt napelemek ugyanis nagyrészt szilíciumból készülnek, ami nem túl hatékony, ha az energiaátalakítási hatásfokot nézzük, és ehhez képest elég környezetszennyező az előállításuk. Pár éve azonban egy új trend jelent meg a piacon: a perovszkitból készült napelemek, amelyek hatékonyabbak, olcsóbb és környezetkímélőbb a gyártásuk.
A perovszkit egy félig átlátszó és rugalmas anyag, olyan kristály, amely ezerszer vékonyabb, mint a hagyományos szilícium. Régóta pedzegetik, hogy ez az anyag lesz a napelemgyártás jövője, de eddig nem sikerült olyan megbízható és stabil rendszert kialakítani, ami tényleg piacra dobható lett volna. Albrecht kettős módszere azonban, ami nagyon vékony vezetőréteget és perovszkitot is használ, ha minden jól megy, néhány éven belül a gyártósoron lesz.
"A perovszkittal olyan új anyagot használunk a szolárpanelekhez, ami nemcsak hatékonyabb, mint a jelenlegiek, hanem olcsón előállítható" - mondta el a 24.hu-nak Albrecht, akivel a Berlini Tudománydíj átadóján találkoztunk. A kutató nyerte ugyanis a Fiatal Tudósok-díjat, ami olyan kutatókat díjaz, akik
nemcsak elméleti kutatást végeznek, hanem a munkájuk hamarosan átültethető lesz a gyakorlatba is.
"Nincs szükséged magas hőmérsékletre, nem kell hozzá nagyon jó kristályminőség. Egy nagyon hatékony napelemet kapsz, amit ráadásul olcsón tudsz előállítani" - tette hozzá.
A perovszkitos napelemek legyártása ráadásul nem is olyan környezetszennyező, mint a jelenleg piacon lévő, szilíciumos megoldás. A szolárpanelek anyagának bányászata, az előállítás folyamata ugyanis nem olyan környezetbarát, mint ahogyan gondolnánk, az előállítás során ráadásul rengeteg mérgező melléktermék születik. Aztán ott van még az energia, amit el kell használni, ha szolárpaneleket akarunk gyártani - ez pedig nagyrészt környezetszennyező forrásokból érkezik.
Albrecht és csapata olyan perovszkitos napelemet fejlesztett, aminek a gyártásához nem kell magas hőmérséklet, így lényegesen kevesebb energiára van szükség ahhoz, hogy elkészüljenek. "Persze minden termék előállításánál számolni kell az alapanyagok megszerzésével, de itt ezek az anyagok szintén olcsók, ellenállók" - mondta a kutató. "Azért is zöldebb ez a megoldás, mert szilikonból például csak nagyon vékony rétegre van szükség, nagyjából 200 mikron méretűre, ami ezerszer vékonyabb, mint a hagyományos napelemeknél. Ebből következik, hogy ezerszer kevesebbet is használunk belőle."
A perovszkitos napelemek hatékonysága sokkal jobb, mint a jelenleg használt hagyományos változatoké. A 20-20 százalékos szilícium-perovszkit aránnyal 27 százalékos energiaátalakítási hatásfokot lehet kihozni, ami már magában elképesztő. Akkor, ha a perovszkitot nem szilíciummal, hanem egy másik vezetővel, a réz-indium-gallium-diszeleniddel (CIGS) kombináljuk (20 százalék perovszkit, 17 százalék CIGS), 23 százalékos hatásfokot kapunk, ami az ilyen tandem szolárpaneleknél világrekordnak számít.
"Azok a panelek, amiket most meg tudsz venni a piacon, 17-21 százalékos hatásfokkal dolgoznak. Ha meg tudjuk ismételni a gyakorlatban is, amit laboratóriumi körülmények között sikerült, akkor egy magas átalakítási hatásfokú napelemet kapunk, aminek az extra költségei még mindig viszonylag alacsonyak" - magyarázta Albrecht.
A német kutatócsoport együtt dolgozik egy Tokio Chemical Industry nevű vállalattal is, méghozzá egy olyan molekula kifejlesztésén, ami szintén tovább növelheti a napelemek hatékonyságát, és a gyártást is felpörgetheti. "Megalkottunk egy új organikus molekulát, ami képes saját magát összerendezni bizonyos felületeken. Ez nagyon jó felületet ad a perovszkitnak, hatékonyabbá teszi a napelemet. Levédettük a molekulát, és együtt dolgozunk a tokiói céggel, ami egy nagyon nagy vegyianyag vállalat Japánban, akik szeretnék kereskedelmi forgalomba hozni a terméket" - mondta Albrecht.
Ez még hatékonyabbá teheti a napelemeket:
a molekulát ugyanis elég egy oldatba beletenni, ezt ráhelyezni a szolárpanelre, majd megvárni, amíg az oldat elpárolog, a molekulák pedig maguktól elrendeződnek a felületen. Az így kapott réteg lehetővé teszi, hogy hatékonyabb legyen az energia átalakítása a perovszkit rétegen keresztül.
A kutató és csapata úgy becsüli, hogy egy-két éven belül a piacra kerülhet az újfajta napelem, ami forradalmasíthatja a napenergia felhasználását. Egészen eddig ugyanis nem készült olyan perovszkitalapú napelem, amely stabil lett volna annyira, hogy alkalmas legyen a tömeggyártásra. Tesztelési fázisban akad néhány (egy japán cég például a Nature szerint egy hotelen teszteli éppen a saját módszerét), de addig még egyik sem jutott el, hogy piacra is dobják.
