Naukowcy wycisną energię ze Słońca w centrum CEZAMAT

Słońce, dzięki dokonaniom specjalistów w dziedzinie fotowoltaiki, może stać się znakomitym, niewyczerpanym źródłem energii elektrycznej. Ogniwa fotowoltaiczne absorbują promieniowanie słoneczne, a w efekcie generują energię elektryczną. "Już teraz pokrycie zaledwie 0,5 proc. powierzchni Polski ogniwami fotowoltaicznymi pozwoliłoby w całości zaspokoić zapotrzebowanie na energię elektryczną" - informują w przesłanym PAP komunikacie specjaliści z Centrum Zaawansowanych Technologii i Materiałów (CEZAMAT).

Zwiększenie wydajności baterii słonecznych przy jednoczesnym zmniejszeniu ich ceny to wyzwanie, przed którym stoją obecnie badacze z największych i najlepszych laboratoriów świata. "Już niedługo technologia ta będzie również rozwijana w jednym z najnowocześniejszych ośrodków badawczych w Europie – warszawskim Centrum Zaawansowanych Technologii i Materiałów" - czytamy w przesłanym PAP komunikacie.

Panele fotowoltaiczne najnowszej generacji przekształcają od 15 do 21 proc. pochłoniętego promieniowania słonecznego. Oznacza to, że przez ostatnie pół wieku wydajność tej technologii nie zwiększyła się znacznie i w dalszym ciągu są to urządzenia niezwykle mało efektywne. Uważa się nawet, że badania nad ogniwami krzemowymi I generacji osiągnęły maksimum swoich możliwości.

Wyzwaniem dla inżynierów jest opracowanie taniej technologii wytwarzania baterii słonecznych, aby możliwie szeroko je upowszechnić. Z kolei dla naukowców, ogromną szansą na zwiększenie wydajności ogniw fotowoltaicznych jest rozwój fizyki materiałowej i poszukiwanie możliwości efektywniejszego łapania światła słonecznego i wydajniejszego wzbudzania energii elektrycznej.

Obecnie około 85 proc. ogniw dostępnych na rynku jest zbudowanych z krzemu. Od powierzchni płytek krzemowych odbija się jednak nawet 30 proc. światła słonecznego co zmniejsza ich wydajność. Instytuty naukowe na całym świecie pracują nad zwiększeniem efektywności poprzez wykorzystanie różnego rodzaju materiałów półprzewodnikowych i materiałów bazowych, w zależności od ich struktury, grubości czy rodzaju złącza półprzewodnikowego.

"Największą szansę na rozwój fotowoltaiki widzę w zastosowaniach nowych materiałów, a w szczególności nanomateriałów oraz materiałów dwuwymiarowych, w tym grafenu" – mówi profesor Uniwersytetu w Amsterdamie Tomasz Gregorkiewicz, który prowadzi badania podstawowe w dziedzinie własności optycznych nanomateriałów oraz ich możliwych zastosowań praktycznych w fotonice i wysokowydajnych ogniwach słonecznych.

W swoich badaniach koncentruje się na modyfikacji światła słonecznego na etapie poprzedzającym jego absorpcję w ogniwie słonecznym. Wyniki prac prowadzonych przez jego grupę wskazują, że ogniwa wyposażone w dodatkową warstwę specjalnie spreparowanych nanokryształów krzemu byłyby w stanie osiągać wydajność rzędu 70-80 proc., znacznie powyżej teoretycznego 32-procentowego limitu dla krzemu.

Własności optyczne nanomateriałów i ich możliwe praktyczne wykorzystanie w ogniwach fotowoltaicznych jest też jednym z kierunków badań, które będą prowadzone w Centrum Zaawansowanych Technologii i Materiałów (CEZAMAT). Laboratorium Centralne CEZAMAT-u powstanie w Warszawie już w 2015 roku. Jego twórcy chcą by dorównywało najlepszym światowym ośrodkom badawczym.

"Zaawansowane technologie pozyskiwania i magazynowania energii z odnawialnych źródeł będą jednym z priorytetów badawczych CEZAMAT-u. Nowoczesna aparatura, zaawansowana myśl technologiczna dzięki współpracy z kadrą światowej klasy specjalistów pozwoli realizować w Laboratorium Centralnym innowacyjne projekty – od pomysłu, aż do prototypu" – mówi prof. Jacek Kossut, wiceprezes ds. organizacji i współpracy zewnętrznej CEZAMAT-u.

Otrzymywanie energii elektrycznej ze światła słonecznego jest stosunkowo młodą dziedziną nauki. Pierwszy efekt fotowoltaiczny zaobserwował francuski fizyk Antoni Cezar Becquerel w 1839 roku w obwodzie dwóch oświetlonych elektrod zanurzonych w roztworze. Jednak droga do opracowania metody umożliwiającej wykorzystanie tej reakcji w codziennym życiu była długa.

Duży wkład w rozwój fotowoltaiki miał polski uczony Jan Czochralski, który na początku XX wieku opracował metodę umożliwiającą wytwarzanie bardzo dużych kryształów krzemu o wysokiej czystości. Jednak to dopiero w 1954 roku w Bell Laboratories w Stanach Zjednoczonych powstało pierwsze ogniwo fotowoltaiczne. Wówczas osiągało ono sprawność na poziomie zaledwie 6 proc. Krzemowe ogniwa zaczęto stosować początkowo w urządzeniach pokładowych satelitów kosmicznych. Jednak dynamiczny rozwój ogniw fotowoltaicznych połączony z ich komercyjnym wykorzystaniem trwa od początku lat 70. XX wieku, dzięki opracowaniu stosunkowo tanich metod wytwarzania kryształów krzemu i innych półprzewodników.

PAP - Nauka w Polsce

ekr/ agt/