29,15 százalékos világrekord hatékonyságot sikerült elérni a Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) kutatói által kifejlesztett új perovszkit/szilícium tandem napelemmel, vagyis immár elérhető távolságban van az iparágban mérföldkőnek számító 30 százalékos hatékonysági határ is. A kutatók szerint a technológia elvileg a tömegtermelésre is alkalmas lehet, a nagy felületek létrehozására irányuló kezdeti tesztek pedig ígéretesek.
A HZB célja ezek után a hatékonyság 30 százalék fölé tornázása, az új csúcsot ráadásul lehetőleg a szilíciumból és perovszkitből készült tandem technológia 35 százalékos gyakorlati határához közelebb jelölnék ki. Steve Albrecht, a kutatási csoport vezetőjének szavai szerint már az új cél eléréshez vezető út meghatározására vonatkozó munka, illetve egyeztetések is megkezdődtek – számolt be a PV magazine.
Összehasonlításul: a ma elterjedt technológiák közül a monokristályos (szilícium) napelemek laboratóriumi körülmények között elért legmagasabb hatékonysága 26,1-27,6 százalék, míg a polikristályos technológia esetében 23,3 százalék a csúcs. Márpedig egy-egy százaléknyi, de még a tizedszázalékos hatékonyságjavulásnak is óriási jelentősége van az iparágban, amit nem ritkán csak hosszú évek fejlesztésével sikerül elérni.
Az új, a német Fraunhofer ISE intézet által is megerősített világcsúcsot egy mindössze 1 négyzetcentiméteres, laboratóriumi technikával előállított cellával sikerült elérni. Ezzel együtt a kutatók szerint a gyártási folyamat elvben alkalmas nagy felületek létrehozására is, és az úgynevezett vákuumos lerakási eljárással folytatott kezdeti tesztek is ígéretesek.
A siker jelentős részben a napelemben található speciális elektróda réteg kifejlesztésének köszönhető, amit a HZB a Kaunasi Műszaki Egyetemmel együttműködésben vitt véghez, de a közbülső rétegek esetében is sikerült előrelépést elérniük. A fejlesztés során sikerült tökéletesíteniük a perovszkit-vegyület összetételén is, amelynek köszönhetően egyebek mellett nőtt a technológia kétség kívül gyenge pontjának számító stabilitása is, mindemellett javultak a rétegek közötti elektromos áramlási és optikai jellemzők is – közölte Eike Köhnen és Amran Al-Ashouri, a HZB fejlesztésében részt vett doktoranduszok.
A HZB korábban már tartotta a perovszkit/szilícium tandem napelemek hatékonysági világrekordját, azonban a 25,5 százalékos értékkel a második helyre szorultak vissza, amikor 2018 végén a brit-német startup Oxford PV 28 százalékos hatékonyságot ért el. Érdekes módon egyébként a HZB kutatócsoportja egy másik napelemes világcsúcsot is tart, miután a perovszkit/CIGS (réz-indium-gallium-szelén) tandem technológia területén 23,26 százalékos rekord hatékonyságot sikerült elérniük.
A perovszkit nagyjából 2013-ban robbant be a napelem-technológiák, illetve komponensei közé. A hagyományos szilíciumkristályos napelemekhez képest a szilícium- és perovszkit-réteget is tartalmazó tandem technológia nagyobb hatékonyságát az adja, hogy míg előbbiek zömmel a napfény vörös tartományba eső részét képesek elektromosságá alakítani, addig utóbbi a perovszkitnek köszönhetően képes a spektrum kék tartományába tartozó napfényt is hasznosítani energiatermelésre. Ráadásul a napelemben alkalmazott perovszkit-rétegek előállítása nem drága, a jövőben pedig várhatóan nagy felületek is költséghatékonyan nyomtathatók lesznek, így a technológia a napenergia további árcsökkenéséhez is hozzájárulhat.
A január 24-én hitelesített rekord már szerepel az egyesült államokbeli National Renewable Energy Laboratory (NREL) különféle fotovoltaikus technológiákat hatékonyságuk alapján elhelyező mértékadó grafikonján is, amely a napelemek fejlesztésének csaknem minden jelentős állomását tartalmazza az 1970-es évek közepe óta.
Az ábrából az is kiderül, hogy 2013-as felbukkanása óta a perovszkit-napelemek hatékonysága többet emelkedett bármely másik technológiáénál és gyakorlatilag ötszörösére nőtt, igaz, ezzel együtt is jócskán elmarad az úgynevezett több csomópontú napelemekétől, amelyekkel már 47,1 százalékos hatékonyságot is sikerült elérni szintén laboratóriumi körülmények között. Ez utóbbiak a napfény még szélesebb spektrumát képesek hasznosítani, ugyanakkor előállítási költségük az alkalmazott ritka nyersanyagok és az összetett gyártási folyamat miatt jelenleg sokszorosa a széles körben elterjedt szilícium napelemekének.
