Jönnek a többrétegű napelemek

A hagyományos napelemek úgy épülnek fel, hogy a fény energiájának csak egy bizonyos hullámhossz tartományát képesek nagy hatásfokkal elektromos energiává alakítani. A napfény spektrumának maradék része egyszerűen nem, vagy csak kevésbé hatékonyan kerül felhasználásra. A gyártók ezért különböző anyagokat próbálnak meg egyfás fölé helyezni, amelyekkel kiterjeszthetik a befogható hullámhossztartományt. Így az egyrétegű napelemekkel elérhető 31%-os elméleti hatásfokmaximuma kétrétegű esetben már megközelítené a 42%-ot!

Az új technológia alapját jelentő ún. kvantumpontok (quantum dots) mesterségesen előállított, nanométer méretű félvezető kristályok, amelyek optikai és elektromos tulajdonságai erősen függenek a méretüktől. A Toronto Egyetem kutatói olyan kvantumpontokat állítanak elő, amelyek közül az egyik a látható fény tartományában hatékony, a másik pedig az infravörös tartományt fedi le. A csapat kifejlesztett egy módszert a rétegek közötti ellenállás csökkentésére is, amely eddig komoly problémát jelentett a többrétegű napelemek fejlesztőinek. A torontói csapat ehhez a két réteg közé különböző átlátszó fémoxidokból álló további rétegeket helyez. „Így az ellenállás szép alacsonyan marad” – fogalmazott Ted Sargent professzor, a kutatás vezetője.

Az eredmény egy úgynevezett „multi-junction” cella, amely a spektrum széles tartományát képes lefedni. Az aktuális prototípus mindazonáltal csak 4,2%-os hatásfokot ért el. Sargent szerint az értéket három- vagy akár négyrétegű cellákkal gyorsan tovább lehet növelni. A kutatók következő célja, hogy öt éven belül elérjék a 10% hatásfokot, amit fokozatosan tovább szeretnének növelni. A hagyományos szilícium alapú napelemek hatásfoka jelenleg 18% körüli érték, de a kvantumpont cellák, egyszerűbb, festékszóráshoz hasonló („spray on”) gyártási eljárásuknak köszönhetően, már a közeljövőben felvehetik velük a versenyt.

John Asbury, a Penn State Egyetem professzora is lát fantáziát az elképzelésben, feltéve, ha sikerül elegendően sok kvantumpont réteget egy cellába összesűríteni. „Talán 50% is benne van” – mondta. De eddig az „álomhatásfokig” még néhány akadályt el kell gördíteni az útból. Gondot jelentenek pl. a kvantumpontok anyagában lévő elektroncsapdák, amelyekben az elektronok fennakadva nem vesznek részt az elektromos áram kialakulásában. „Az a baj, hogy túl nagy a valószínűsége annak, hogy az elektronok nem érik el az elektródát” – mondta Asbury.

Forrás: www.heise.de/tr (Technology Review)

Ritzinger György