Křemíkový "koberec" může zásadně zlevnit fotočlánky

Fotovoltaické elektrárny stále produkují energii mnohonásobně dráž, než klasické tepelné či jaderné elektrárny. Závislost na dotacích by mohl odstranit nový typ článku využívající nanovlákna.

Klasické fotovoltaické články jsou velké polovodičové součástky nejčastěji vyrobené z křemíkových plátků o tloušťce 100 - 200 mikrometrů. Problém je, že takové články jsou křehké a poměrně drahé a na jejich výrobu je potřeba mnoho náročně čištěného materiálu. Výsledky týmu Harryho Atwatera ze známého amerického institutu Caltech (California Institute of Technology) nabízejí možnost snížit množství křemíku potřebného k výrobě fotočlánku až stonásobně.

Vědci staví na již dobře zvládnutých nanotechnologiích. Vytvořili jakýsi koberec z extrémně tenkých křemíkových vláken. Nitky o průměru 0,5 - 2 mikrometrů dlouhé 30 - 200 mikrometrů pokrývají jen několik procent povrchu (viz obrázek). Vzniklou strukturu výzkumníci obalili průhledným polymerem.

Problém s poledním sluncem
Předností tohoto uspořádání je výborná účinnost v případě, když světlo na článek dopadá v ostrém úhlu. Když však paprsky míří kolmo, značná část energie se nezachytí. To je samozřejmě velký problém. Kdo by stál o články, které si neporadí s poledním sluncem?

Tuto slabinu vědci odstranili díky materiálům na bázi oxidu hliníku. Obohacení průhledného "obalového" polymeru o tuto krystalickou látku zvyšuje šanci, že se foton odrazí a nakonec s velkou pravděpodobností skončí v křemíkových nanovlánech. Tam se díky známého fotoelektrickému jevu jeho energie přemění v proud.

Díky tomuto vylepšení se využije až 85 procent slunečního svitu, tvrdí Atwater, jehož práci otiskl specializovaný časopis Nature Materials.

Rizika na slibné cestě
Zatím jde jen o první kroky. Efekt byl testován na "nanokoberci" velmi malých rozměrů a není jisté, zda by se dostavil i v případě, že by byl zhotoven ve větším měřítku. Vady materiálu jsou totiž při výrobě solárních buněk velkým problémem.

Fakt, že Atwater a spol. staví na křemíku, jehož průmyslová výroba je dobře zvládnutá, však může cestu vynálezu do práce urychlit. "Prostředky, které k výrobě potřebujeme, jsou již běžně používány," říká Harry Atwater.

Autor: Luděk Vainert

Tweet