Forradalmi áttörés a napelemes technológiában

500 rétegű ultravékony kristályokkal értek el 1000-szeres teljesítménynövekedést

A napenergia hasznosításának új korszakát hozhatja el az a kutatás, amelyet a Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) kutatói tettek közzé. A tudóscsoport egy teljesen új típusú napelemes cellát fejlesztett ki, amely hagyományos pn-átmenetek (dióda-jellegű félvezető kapcsolatok) nélkül képes hatékony fotoelektromos energiatermelésre.

Hogyan működik az új rendszer? A kutatók 500 darab, nanométeres vastagságú réteget állítottak össze egy mindössze 200 nanométer vastag, szuperstruktúrává. A rétegek három különböző anyagból épülnek fel:

• Bárium-titanát (BaTiO₃)
• Stroncium-titanát (SrTiO₃)
• Kalcium-titanát (CaTiO₃)

Ezek az anyagok ferroelektromos tulajdonságokkal rendelkeznek – vagyis képesek spontán elektromos polarizációt létrehozni –, ami kulcsfontosságú a napfény energiájának közvetlen elektromossággá alakításához.

A hagyományos napelemeknél a töltéshordozók (elektronok és lyukak) szétválasztását és irányított mozgását pn-átmenetek biztosítják. Ezzel szemben az új szerkezetben a rétegenként változó elektromos polarizáció önmagában elegendő a töltéshordozók elválasztására és áramlására. Ez leegyszerűsíti a cellák gyártását és elméletileg lehetővé teszi a nagyobb hatásfokot.

Eredmények: 1000-szeres teljesítménynövekedés

Az új napelem-prototípus:

• Az eddigi ferroelektromos napelemek teljesítményének ezerszeresét érte el.
• Stabilitását 6 hónapon át megőrizte laboratóriumi körülmények között, ami figyelemre méltó előrelépés, mivel a legtöbb új típusú napelem-technológia kezdetben komoly stabilitási problémákkal küzd.
• Extrém vékonysága miatt könnyű, flexibilis alkalmazásokhoz is ideális lehet – például hordható napelemekhez vagy épületek homlokzatába integrált rendszerekhez.

Miért forradalmi ez a megközelítés?

• Egyszerűbb gyártás: Mivel nincs szükség precízen kialakított pn-átmenetekre, a gyártási folyamat olcsóbbá és kevésbé összetetté válhat.
• Rugalmas alkalmazás: Az ultravékony filmrétegek könnyen alkalmazhatók különféle hordozókon, így új piacok nyílhatnak meg, például az autóiparban vagy az okos-textíliákban.
• Magasabb hatásfok potenciál: A töltéshordozók közvetlen szétválasztása kevesebb energiaveszteséggel jár, ami elméletileg akár a hagyományos szilíciumalapú napelemeknél is magasabb hatásfokhoz vezethet.

Merre tovább? Bár az eredmények rendkívül ígéretesek, a technológia ipari szintű alkalmazásához még szükséges:

• A gyártási folyamat ipari méretű optimalizálása,
• A hosszú távú kültéri stabilitás vizsgálata,
• A költségek további csökkentése.

A Martin Luther University kutatóinak áttörése azonban egyértelműen jelzi: a jövő napelemei sokkal vékonyabbak, könnyebbek és hatékonyabbak lehetnek, mint amit ma megszoktunk – és mindezt a ferroelektromos kristályok új generációjának köszönhetjük.

- forrás: MNNSZ.