Najnowsze badania nad panelami fotowoltaicznymi

Obecnie naukowcy pracują nad trzema głównymi obszarami badań fotowoltaicznych: krzemem krystalicznym, perowskitami i elastycznymi ogniwami słonecznymi. Te trzy obszary wzajemnie się uzupełniają i mają potencjał, aby uczynić technologię fotowoltaiczną jeszcze bardziej wydajną.

Krystaliczny krzem jest najczęściej stosowanym materiałem półprzewodnikowym w panelach słonecznych. Jednak jego wydajność jest znacznie poniżej teoretycznego limitu. Dlatego naukowcy zaczęli koncentrować się na opracowywaniu zaawansowanych krystalicznych ogniw fotowoltaicznych. Narodowe Laboratorium Energii Odnawialnej koncentruje się obecnie na opracowywaniu materiałów wielozłączowych III-V, które mają mieć wydajność do 30%.

Perowskity to stosunkowo nowy typ ogniw słonecznych, które niedawno okazały się skuteczne i wydajne. Materiały te są również określane jako „kompleksy fotosyntetyczne”. Zostały wykorzystane do zwiększenia wydajności ogniw słonecznych. Oczekuje się, że zostaną skomercjalizowane w ciągu najbliższych kilku lat. W porównaniu do krzemu perowskity są stosunkowo niedrogie i mają szeroki zakres potencjalnych zastosowań.

Perowskity można łączyć z materiałami krzemowymi, aby stworzyć skuteczne i trwałe ogniwo słoneczne. Ogniwa słoneczne z kryształu perowskitu mogą być o 20 procent bardziej wydajne niż krzemowe. Materiały perowskitowe i Si-PV również wykazały rekordowe poziomy wydajności do 28 procent. Ponadto naukowcy opracowali technologię bifacjalną, która umożliwia ogniwom słonecznym zbieranie energii z obu stron panelu. Jest to szczególnie korzystne w zastosowaniach komercyjnych, ponieważ pozwala zaoszczędzić pieniądze na kosztach instalacji.

Oprócz perowskitów, naukowcy badają również materiały, które mogą działać jako nośniki ładunku lub absorbery światła. Materiały te mogą również pomóc uczynić ogniwa słoneczne bardziej ekonomicznymi. Mogą również pomóc w tworzeniu paneli, które są mniej podatne na uszkodzenia.

Naukowcy pracują obecnie nad stworzeniem niezwykle wydajnego ogniwa słonecznego Tandem Perovskite. Oczekuje się, że ogniwo to zostanie wprowadzone na rynek w ciągu najbliższych kilku lat. Naukowcy współpracują z Departamentem Energii USA i National Science Foundation.

Ponadto naukowcy pracują również nad nowymi metodami pozyskiwania energii słonecznej w ciemności. Metody te obejmują destylację słoneczną, która wykorzystuje ciepło z panelu do oczyszczania wody. Techniki te są testowane na Uniwersytecie Stanforda.

Naukowcy badają również zastosowanie termoradiacyjnych urządzeń PV. Urządzenia te wykorzystują ciepło z panelu do generowania energii elektrycznej w nocy. Technologia ta może być szczególnie przydatna w zimnych klimatach, gdzie wydajność panelu jest ograniczona. Temperatura ogniw może wzrosnąć do ponad 25 stopni Celsjusza na ciemnym dachu. Ogniwa mogą być również chłodzone wodą, co czyni je bardziej efektywnymi.

Ci badacze niedawno odkryli również zastosowanie elastycznych ogniw słonecznych. Te panele mogą wytrzymać zanurzenie w wodzie i są niezwykle lekkie. Są również w stanie wytrzymać najechanie na nie samochodem. Ich badania są wspierane przez Eni-MIT Alliance Solar Frontiers Program. Udało im się również opracować nową metodę testowania ogniw PV.

Najnowsze badania nad panelami fotowoltaicznymi koncentrują się na rozwijaniu technologii, które są bardziej wydajne, tańsze i trwalsze. Badania te są prowadzone przez szeroki zakres grup w Stanach Zjednoczonych i na całym świecie. Najbardziej obiecujące technologie obejmują cienkowarstwowe ogniwa słoneczne drugiej generacji i elastyczne ogniwa słoneczne.