Noile celule fotovoltaice depășesc limitele actualelor versiuni și vor accelera instalarea de panouri mai ieftine și mai eficiente, susțin experții.
Unitățile de energie solară au depășit borna de 30% eficiență energetică cu ajutorul inovațiilor mai multor grupuri de cercetare din întreaga lume. Această reușită ar putea accelera extinderea unităților fotovoltaice, consideră specialiștii citați de The Guardian.
Panourile solare actuale folosesc celule pe bază de siliciu, dar se apropie rapid de conversia lor maximă a luminii solare în electricitate, de 29%.
Descoperirea care face panourile mai eficiente constă în adăugarea unui strat de perovskit, un alt mineral semiconductor, peste stratul de silicon. Acesta captează lumina albastră din spectrul vizibil, în timp ce siliconul îl captează pe cel roșu, preluând astfel mai multă lumină. Cu mai multă energie absorbită de fiecare celulă, costul electricității solare se ieftinește, iar dezvoltarea se poate accelera, contribuind la ținerea sub control a încălzirii globale.
Celulele cu perovskit, numite celule tandem, sunt în fază de cercetare de aproximativ un deceniu, însă îmbunătățirile tehnologice recente le-a adus acum dincolo de pragul de 30% de eficiență energetică.
Dacă dezvoltarea celulelor tandem continuă, acestea ar putea fi disponibile pe piață în mai puțin de cinci ani, același interval de timp în care celulele pe bază de silicon au atins eficiența maximă.
Un record în cursa creșterii eficienței
Două grupuri au publicat joi detalii despre descoperirile lor în revista Science, iar cel puțin alte două au reușit să treacă de un nivel de 30% al eficienței.
Recordul actual de eficiență al celulelor cu silicon este de 24,5% în domeniul comercial și de 27% în laborator. Acestea din urmă ar putea atinge nivelul maxim teoretic de 29%.
Însă un grup condus de Prof. Steve Albrecht, de la Centrul Helmholtz pentru Materiale și Energie din Berlin, a anunțat că a obținut o eficiență de 32,5% cu celule tandem silicon-perovskit.
Un alt grup, condus de Dr Xin Yu Chin, de la Institutul Federal de Tehnologie de la Lausanne, Elveția, a demonstrat o eficiență de 31.25% a celulelor tandem și spune că acestea au potențialul pentru eficiență ridicată și costuri reduse de producție.
Iar grupul condus de Prof. Stefaan De Wolf, de la Universitatea de Știință și Tehnologie Regele Abdullah din Arabia Saudită, a atins în iunie o eficiență-record de 33,7% cu celule tandem.
Toate aceste măsurători au fost verificate independent.
Industria energiei solare s-a înscris și ea în cursa pentru mărirea eficienței. Compania chineză LONGi, cel mai mare producător din lume de celule fotovoltaice, a anunțat în iunie că a atins o eficiență de 33,5% a celulelor tandem în testele proprii.
Există și celule cu eficiență mai mare
Cheia creșterii eficienței celulelor tandem studiate de grupurile de cercetare din Germania și Elveția a fost remedierea micilor defecte din suprafața stratului de perovskit. Acesta permite unor electroni eliberați de fotonii solari să migreze în perovskit, în loc să contribuie la curentul electric al celulei, limitându-i astfel eficiența. Soluția a fost adăugarea unui strat de molecule organice între perovskit și stratul conductor prin care trece curentul, pentru a compensa defectul.
Alte grupuri folosesc metode diferite pentru a rezolva problema, ceea ce oferă mai multe opțiuni în căutarea celui mai design comercial.
Capacitatea globală de energie solară a ajuns la 1,2 terawatt (TW) în 2022. „Însă pentru a preveni scenariile catastrofale asociate cu încălzirea globală, capacitatea trebuie mărită la 75 TW până în 2050", a explicat De Wolf.
Celulele tandem ar putea fi mai scumpe decât cele cu silicon, dar ele sunt doar o mică parte din costul producerii și instalării panourilor solare.
O problemă care rămâne de rezolvat este cât de repede se degradează în timp celulele tandem în condiții reale de utilizare. Cele cu silicon folosite în prezent încă funcționează la 80-90% din capacitate după 25 de ani, iar De Wolf spune că noile unități de tip tandem trebuie să ajungă la acest nivel ca să devină atractive și eficiente. Deocamdată, există doar câteva date limitate despre rezistența lor în timp.
Pe lângă celulele tandem există și alte tehnologii, precum celulele cu multijuncțiuni, care au o eficiență de 47%, însă acestea sunt foarte scumpe pentru producția în masă și ar putea fi dezvoltate doar pentru utilizări de nișă, precum sateliți spațiali.
T.D.