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
auto
2024. 04. 25. csütörtök

Ezért jó választás a perovszkit a tandem napelemekben

energia

A különböző típusú napelemes cellák a fény más és más spektrumát tudják hatékonyan hasznosítani, a perovszkitok pedig az abszorpciós tulajdonságaik miatt jól párosíthatóak más technológiákkal, írtuk egy nemrégiben megjelent cikkünkben. Nézzük meg, hogy mit is jelent ez pontosan, és milyen előnyöket hordoz magában az eltérő abszorpciós tulajdonságú félvezetők kombinálása.

A napelemes cellák a nap fényének energiáját hasznosítják, a minket elérő napfény azonban meglehetősen széles spektrumot takar, melynek a látható fény csupán egy – igaz, energetikai szempontból jelentős – részét teszi ki.

A bolygónkat érő fényenergia mennyisége hozzávetőleg 1360 W/m2, ennek 5%-át teszi ki az ultraibolya (UV), 42%-át a látható és 53%-át az infravörös fény. Minél rövidebb a fény hullámhossza, annál nagyobb az energiája, ezért a látható fényen belül a kék, az indigó és a lila (más néven ibolya) színek rendelkeznek a legnagyobb energiával. Az ennél is rövidebb hullámhosszú, az emberi szem számára láthatatlan ibolyántúli sugárzás a nagyobb energiája révén már arra is képes, hogy roncsolja a DNS-t. Szerencsénkre azonban a Nap által kibocsátott sugárzásnak csak kis részét teszi ki az ebbe a tartományba eső fény, a legrövidebb hullámhosszú, azaz legnagyobb energiájú, és ezért legveszélyesebb UV-C sugárzást pedig blokkolja az ózonréteg.

A Föld atmoszférájában található különböző gázok (oxigén, vízpára, stb.) a beérkező fény más spektrumaiból is elnyelnek valamennyit, így a tengerszintet elérő energia mennyisége optimális esetben is csak maximum 1000 W/m2 lehet. Hogy ez az 1000 W miből tevődik össze, azt az alábbi grafikon ábrázolja, ahol a vízszintes tengely a Földet elérő napfény hullámhosszát, a függőleges tengely pedig az adott hullámhosszúságú fény által hordozott energiát ábrázolja W/m2-ben kifejezve. A szürke szín a teljes bolygót, a piros szín pedig a felszínt elérő fényt jelöli, külön kiemelve ezen belül a látható fény spektrumait.

A szilíciumalapú cellák a 300 és 1200 nanométer (nm) közötti hullámhosszúságú fényt tudják hasznosítani, de igazán hatékonyan csak a 600 és 1100 nm közé eső tartományban tudnak működni. Ennek a spektrumnak alacsonyabb az energiája, mint a látható fényé, ahol a szilícium gyengébb hatásfokkal rendelkezik, ami különösen szembeötlő a legnagyobb energiát biztosító kék színű fény esetében, melynek már csak egy töredékét képes villamos energiává konvertálni.

A szilícium félvezetők abszorpciós spektrumai. Kép: QDSolar

A perovszkit ezzel szemben inkább a rövidebb hullámhosszú fényt „kedveli”, és 800 nm-es hullámhossz alatt működik hatékonyan.

A perovszkit a látható fény nagy részét elnyeli, az infravörös fényt pedig átengedi, amit így az alatta lévő szilícium lapka tud hasznosítani. Kép: QDSolar

A fenti különbözőségek okán a két félvezető kombinálásával olyan tandem cellákat lehet létrehozni, amelyek a fénynek egy szélesebb spektrumán képesek magas hatásfokkal működni, mintha külön-külön alkalmaznánk őket, ez pedig végeredményben nagyobb energiatermelést fog eredményezni egységnyi felületen.

Különböző félvezetőket kombináló tandem napelemek már régóta léteznek, ám ezekhez általában drága alapanyagokra, vagy költséges gyártási eljárásokra van szükség. A szilícium és a perovszkit azonban olcsón előállítható alapanyagoknak számítanak, így a szilícium-perovszkit tandem lehet az első olyan nagy hatásfokkal rendelkező napelemcella, amely tömeggyártásba kerül.

A témát a Deutsche Welle is feldolgozta egy frissen megjelent angol nyelvű videójában, amely ezen a linken tekinthető meg.

Nagyon valószínű, hogy néhány éven belül megkezdődik az átállás a perovszkit napelemekre

dr. Papp László (Sol Invictus)

Technológiai elemző, és a Villanyautosok.hu csapatának megújuló energiákkal, energiatárolással, illetve piaci trendekkel foglalkozó szakértője. Célja, hogy minél többek számára tegye egyértelművé, hogy a fenntartható jövő gazdaságilag is a legracionálisabb választás.