64% sprawności ogniwa fotowoltaicznego możliwe w teorii?

Choć efektywność konwersji powszechnie wykorzystywanych paneli słonecznych sięga najczęściej nie wyżej niż 25%, to ciągle trwają badania nad ulepszeniem ich jakości. Nieprodukowane na skalę przemysłową prototypy ogniw mogą osiągać już prawie 50% sprawności. Niestety ich wysoka cena i skomplikowana produkcja najczęściej powodują ekonomiczną nieopłacalność.

Przeciętne ogniwo fotowoltaiczne absorbuje jedynie widzialne fale świetlne, to znaczy z zakresu od około 400 do 700 nm. Pozostała część spektrum zamieniana jest na ciepło lub po prostu przechodzi przez panel, nie zostając pochłonięta. Panel tego typu jest w stanie pochłonąć – w teorii – jedynie 30% światła. Z drugiej strony, co jakiś czas mają miejsce eksperymenty badające ogniwa “multi-junction”, czyli zawierające kilka absorberów, zdolne pochłonąć fale o różnej długości. Obecny rekord dla takich rozwiązań wynosi 46% dla panelu z czterema rodzajami absorberów.

Wraz z dodawaniem kolejnych substancji zdolnych do pochłaniania następnych zakresów długości światła, cena produkcji ogniwa rośnie, a przyrost sprawności maleje. W takiej sytuacji dwóch profesorów z Kobe University Graduate School of Engineering, Kita Takashi oraz Asahi Shigeo zaczęło prowadzić badania nad konwersją światła. Przepuszczano dwa fotony przez panel zbudowany z różnych półprzewodników, jednak zawierających tylko jeden absorber. W warunkach eksperymentalnych udało im się przeprowadzić proces “konwersji w górę”, czyli – w dużym uproszczeniu- przekształcenia długości zaabsorbowanej fali światła w krótszą. W ten sposób nieodpowiednie dla takiego panelu widma świetlne mogą zostać zmienione na inne, a następnie wykorzystane do produkcji prądu. Zdobytą wiedzę wykorzystali do budowy pierwszych ogniw o takiej strukturze.

W serii badań uzyskali sprawności konwersji światła przewyższające 50%. Według ich teoretycznych obliczeń, taki model panelu byłby w stanie w warunkach laboratoryjnych, dobić aż do 64% efektywności. Z drugiej strony, ich badania są ciągle w początkowym stadium i nie wiadomo, jak nowe rozwiązanie techniczne wyglądałoby od strony kosztów.

Energia padające na Ziemię światło słoneczne przekracza trzykrotnie jej zapotrzebowanie. Jeżeli patent amerykańskich profesorów okaże się atrakcyjny cenowo, możemy mieć do czynienia z rewolucją w fotowoltaice.