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 jeszcze bardziej zwiększyć wydajność technologii fotowoltaicznej.

Krzem krystaliczny 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 (National Renewable Energy Laboratory) koncentruje się obecnie na opracowywaniu materiałów wielozłączowych III-V, których wydajność ma sięgać 30%.

Perowskity to stosunkowo nowy rodzaj ogniw słonecznych, którego skuteczność i wydajność zostały niedawno potwierdzone. Materiały te są również nazywane „kompleksami fotosyntetycznymi”. Zostały one wykorzystane do zwiększenia wydajności ogniw słonecznych. Oczekuje się, że zostaną one wprowadzone na rynek w ciągu najbliższych kilku lat. W porównaniu z krzemem, perowskity są stosunkowo niedrogie i mają szeroki zakres potencjalnych zastosowań.

Perowskity można łączyć z materiałami krzemowymi, aby stworzyć wydajne i trwałe ogniwa słoneczne. Ogniwa fotowoltaiczne z kryształów perowskitu mogą być o 20% bardziej wydajne niż ogniwa krzemowe. Materiały perowskitowe i Si-PV również wykazały rekordową sprawność, sięgającą 28%. Ponadto naukowcy opracowali technologię bifacjalną, która umożliwia ogniwom słonecznym pozyskiwanie energii z obu stron panelu. Jest to szczególnie korzystne w zastosowaniach komercyjnych, ponieważ pozwala zaoszczędzić na kosztach instalacji.

Oprócz perowskitów, naukowcy badają również materiały, które mogą działać jako nośniki ładunku lub absorbery światła. Materiały te mogą również przyczynić się do zwiększenia ekonomiczności ogniw słonecznych, a także do tworzenia paneli mniej podatnych na uszkodzenia.

Naukowcy pracują obecnie nad stworzeniem niezwykle wydajnego ogniwa słonecznego z perowskitu tandemowego. Oczekuje się, że ogniwo to zostanie wprowadzone na rynek w ciągu najbliższych kilku lat. Naukowcy współpracują z Departamentem Energii Stanów Zjednoczonych i Narodową Fundacją Nauki (National Science Foundation).

Ponadto naukowcy pracują 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 fotowoltaicznych. Urządzenia te wykorzystują ciepło z panelu do wytwarzania energii elektrycznej w nocy. Technologia ta może być szczególnie przydatna w zimnym klimacie, gdzie wydajność paneli jest ograniczona. Temperatura ogniw może wzrosnąć do ponad 25°C na ciemnym dachu. Ogniwa można również schłodzić wodą, co zwiększa ich wydajność.

Naukowcy odkryli niedawno również zastosowanie elastycznych ogniw słonecznych. Panele te są odporne na zanurzenie w wodzie i niezwykle lekkie. Są również odporne na najazd samochodu. Ich badania są wspierane przez program Eni-MIT Alliance Solar Frontiers. Udało im się również opracować nową metodę testowania ogniw fotowoltaicznych.

Najnowsze badania nad panelami fotowoltaicznymi koncentrują się na opracowywaniu technologii, które są bardziej wydajne, tańsze i trwalsze. Badania te są prowadzone przez wiele zespołów w Stanach Zjednoczonych i na całym świecie. Do najbardziej obiecujących technologii należą cienkowarstwowe ogniwa słoneczne drugiej generacji oraz elastyczne ogniwa słoneczne.