Příští generace solárních panelů bude účinnější. I díky Matěji Hálovi

Ze světla elektřinu

Takzvané solární články využívají vnitřního fotovoltaického jevu. Když určitému polovodivému materiálu dodáme energii prostřednictvím fotonů čili světla, „rozpohybují“ se v něm elektrony. Přesunou se z vazebného čili valenčního pásu do vodivostního a začne téci elektrický proud.

Tenkovrstvé solární panely, které odborníci v současnosti vyvíjejí, jsou sestavené z několika vrstev tenkých jako lidský vlas (několik mikrometrů). Některé vrstvy pohlcují světlo a přeměňují je na elektrický náboj. Jiné jsou vodivé a náboj odvádějí do elektrického obvodu podobně jako dráty, které připojujeme k baterii.

Vodivost na úkor účinnosti?

Vodivé vrstvy se vytvářejí napařováním oxidů s příměsí kovů – například oxidu zinečnatého s hliníkem. „Ve vakuu, kde není vzduch ani nečistoty, je kontrolovaně odpaříme. Pak naproti nim dáme solární článek, na kterém zkondenzují,“ vysvětluje Matěj Hála z Lucemburské univerzity.

Kov v tomto případě zajišťuje dobrou vodivost, zároveň ale omezuje průchod světla. V tenké vrstvě sice nejsou zcela neprůhledné jako kovové předměty, které běžně známe, ovšem účinnost fotovoltaického článku omezují. Lucemburský tým proto experimentoval s vodivou vrstvou bez hliníku:

„Odpařujeme pouze čistý oxid zinečnatý. V místě kondenzace této vrstvy jsme přidali plazmu, která má za úkol tuto vrstvu bombardovat ionty argonu. Tím pádem je oxid stejně vodivý, jako kdyby kondenzoval s aluminiem. Budeme dále zkoumat, proč se to děje.“

Víme jak, nevíme proč

To se ve vědě občas stává: vědci objeví, že určitá věc funguje, ale zatím nedovedou vysvětlit, proč funguje. V našem případě zjistili, že popsaným způsobem připravený vodivý oxid zinečnatý vede elektřinu stejně dobře jako oxid zinečnatý s hliníkem. Oproti němu má sice méně volných elektronů, zato však rychlejších. Díky tomu navíc lépe propouští infračervené záření. A v tom tkví zmíněná vyšší účinnost takových panelů.

„Přišli jsme na to náhodou,“ vypráví Matěj Hála, „předtím jsem hodně pracoval s plazmatem. Když jsem přišel do fotovoltaické laboratoře, chtěl jsem vyzkoušet, v čem nám plazma může pomoci. Zkoušel jsem je použít na rostoucí vrstvy oxidu zinečnatého a zjistil jsem, že jsou tak vodivé, jako když do nich přimícháme aluminium.“

Vytvořit vodivý oxid zinečnatý bez příměsi se v minulosti pokoušeli jiní vědci. Vrstvy, které vytvořili, ale nebyly stálé na vzduchu. To je pro solární panely dosti podstatná vada. Zato vrstvy vytvořené Hálovým týmem obstály. Vodivost si drží už déle než rok.

„Chvíli jsme se snažili i získat patent. Pak jsme ale zjistili, že v roce 1981 už někdo podobný přístup zkoušel. Nedosáhl těch výsledků, co my, ale tím, že svůj návrh publikoval, je chráněný autorským právem.“

Technika plná tenkých vrstev

Solární panely, které nedávno zasáhly do naší krajiny, jsou založené na křemíkové technologii. Jich se nový objev nijak nedotkne. Tenkovrstvé panely, na nichž vědci pracují, patří k další generaci. Matěj Hála ale upozorňuje, že tenké vodivé vrstvy už dnes využívají jiné výrobky:

„Najdeme je v LED diodách, ve fotodetektorech a v dotykových displejích. Kdo má v kapse mobilní telefon nebo tablet, už používá tento typ technologie. A my se ji snažíme zlepšit.“

Fotovoltaická fólie pro mobily |foto: SunPartner Group

Nový objev vědci publikovali v prestižním časopise Progress in Photovoltaics. Kromě toho spolupracují s průmyslem. V Německu už zahájili testování popisovaných solárních panelů v různých povětrnostních podmínkách.