Organika vpřed?

Organické panely využívají namísto křemíku polovodičové organické materiály na bázi uhlíku - takovým materiálem jsou třeba i mnohými nenáviděné plasty. Jejich vznik dekádu nazpět umožnil pokrok v chápání nanotechnologií i bioniky. Právě jim se ve své konstituci organické panely podobají nejvíce. Přesto mají organické panely několik zásadních výhod, kvůli nimž je zvyšování efektivity tak podstatné.

V první řadě jsou extrémně levné na produkci. Plasty se nestaly populárním materiálem pro nic za nic - organické molekuly jsou snadnější na zpracování a mají nižší tloušťku. Organické panely tak mohou být pružné a ohebné, stejně jako ve srovnání s panely křemíkovými i tlusté pár nanometrů.

Organické solární panely | zdroj: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

Organická fotovoltaika navíc vzniká na tiskárně - její obvody lze rozpustit v tištěné náplni, takže organické panely mohou vznikat mnohem rychleji a levněji. Obecně se udává, že cena produkce organického solárního panelu může být oproti tomu křemíkového stonásobně nižší.

Relativně neznámý je momentálně možný enviromentální dopad. Objevily se však již i návrhy časem biodegradovatelných panelů využívajících celulózy, které by ve srovnání s křemíkovými panely byly po konci své životnosti k přírodě podstatně šetrnější. Existuje zkrátka řada důvodů, proč by organické panely mohly křemíkovou fotovoltaiku buď doplnit, či přímo nahradit, a zlevnit tak solární energii enormním způsobem. Přesto mají organické panely jednu podstatnou nevýhodou - relativně nižší efektivitu. 

Posouvání rekordů

Vlivem menší uspořádanosti není hustota molekul tak vysoká jako u křemíkové fotovoltaiky, a to se podepisuje i na menší užitečnosti fotovoltaiky organické. Právě to, jak dobře solární panely (kterékoliv) tlumočí přijaté světlo do elektrické energie, je i dnes během solárního boomu hlavní překážkou skutečně zásadnímu rozšíření fotovoltaiky.

Dosavadní zvyšování efektivity šlo ovšem ruku v ruce i se zvyšováním ceny. Pokud by se ale podařilo zvýšit efektivitu organických panelů tak, aby konkurovaly křemíkovým panelům, poprvé by možná byla laťka ceny vůči užitku nastavena optimálně!

A právě tím se dostáváme k poslednímu výzkumu. 

Komerčně dostupné křemíkové solární panely mají efektivitu kolem 15 až 22 procent. Vrstvením panelů lze povyskočit i výše (zvláště ve vesmíru), to se však také podepisuje na ceně produkce. Organické panely doposud dosahují nižší efektivity - laťku ale srovnávají. Na jaře se již objevila studie dokládající prolomení hranice 15 procent, aktuální práce čínských výzkumníků pak překonala hranici 17 procent efektivity. Její autoři se přitom domnívají, že reálné je i dosažení 25 procent.

Stačí druhá vrstva?

Tým z několika čínských pracovišť pod vedením Ling-sien Menga problém vyřešil podobným přístupem, který láme rekordy i u křemíkových panelů - přidáním sekundární vrstvy.

"Tandemové články znamenají, že v jedné struktuře jsou zabudována dvě paralelní zařízení," sdělil k výzkumu doktor Jung-šeng Čchen, "Máme dvě vrstvy aktivních materiálu, kde může každá vrstva absorbovat různé vlnové délky světla. To znamení, že sluneční záření lze využívat efektivněji a generovat více energie."

Vícevrstvé panely sice v praxi u křemíkové fotovoltaiky výrobu relativně prodražují, nižší cena produkce organické fotovoltaiky ale slibuje vyšší cenu utlumit. Nakolik může podobný přístup fungovat, ukážou až navazující práce - Čchen je však optimistou. Organické panely již existují a tandemové články by nemělo být složité včlenit do stávajícího schématu jejich produkce. Vzhledem k nižší hmotnosti a snazší produkci si lze představit i možné užití mimo Zemi.

Podaří-li se vícevrstvými metodami (bez výrazného zvýšení ceny) posunout efektivitu k 25 procentům, mohly by levné a lehké panely snáze pokrýt střechy či fasády a zajistit skutečnou solární revoluci.

Studie zvýšení efektivity organických panelů se objevila v časopisu Science.