Solární článek s kvantovými jámami. Kredit: Wayne Hicks / NREL.

Technologie solárních článků se bouřlivě řítí vpřed a klátí jeden rekord za druhým. Tým amerických laboratoří National Renewable Energy Laboratory (NREL) nedávno pokořil rekord v činnosti solárních článků, když s novým zařízením, jehož součástí jsou kvantové jámy (quantum well), dosáhli účinnosti 39,5 procent. Jde o nejvyšší dosaženou účinnost s jakýmkoliv typem solárního článku v reálných podmínkách, které odpovídaly ozáření Sluncem.

Struktura solárního článku s kvantovými jámami. Kredit: France et al. (2022), Joule.

Absolutní rekord v účinnosti solárních článků se totiž blíží 47 procentům, což ale platí pro vysoce koncentrované světelné záření. Ryan France a jeho spolupracovníci v rámci svého nového úspěchu vlastně překonali svůj vlastní rekord v účinnosti solárních článků z roku 2020, kdy dosáhli 39,2 procent. Pro srovnání, běžně používané křemíkové články a nedávno vyvinuté perovskitové články se dostávají jen asi k 25 procentům, zatímco tandemové solární články, které tyto dva materiály kombinují, se blíží k zhruba 30 procentům.

Tým NREL svůj článek testoval i pro použití v kosmickém prostoru. Zajímalo je, zda by se mohl stát součástí energetických zdrojů satelitů a kosmických lodí. V takových podmínkách nový článek dosáhly účinnosti 34,2 procent, což rovněž není k zahození.

Ryan France. Kredit: NREL

Zmíněný článek je založený na vícepřechodové architektuře IMM (inverted metamorphic multijunction). Článek zahrnuje 3 přechody (junctions), tedy komponenty zodpovědné za generování elektrického proudu díky dopadajícímu záření. Každý ze tří přechodů přitom tvoří jiný materiál. Svrchní je z fosfidu gallia a india, prostřední z arsenidu gallia a ten spodní je z arsenidu gallia a india. Tyto materiály využívají různé oblasti spektra slunečního záření, díky čemuž článek vytěží více energie.

Dalším zásadním prvkem nového článku, který přispěl k jeho rekordní účinnosti, je, že prostřední vrstva obsahuje kvantové jámy. Jde o potenciálové jámy, které omezují pohyb elektronů prakticky na dvourozměrný prostor, díky čemuž tento materiál „zpracuje“ více slunečního záření. Badatelé zdůrazňují, že jde sice o průlom, ale výroba takového solárního článku by v současné době byla dost nákladná. Další výzkum by se proto měl soustředit na snížení nákladů a s ním spojené praktické uplatnění článku.

Literatura

New Atlas 19. 5. 2022.

Joule 6: 1121–1135.