Japońscy naukowcy opracowali nowy typ ultracienkich ogniw słonecznych zbudowanych z tlenku tytanu i selenu, które – według badań – osiągają nawet tysiąckrotnie większą gęstość mocy niż standardowe ogniwa krzemowe. Ta technologia, wciąż na etapie badań, może całkowicie zmienić sposób produkcji i wykorzystania energii słonecznej, nie tylko na dachach, ale i na ubraniach czy fasadach budynków.

Tytan i selen – obiecujące połączenie w PV

Od lat naukowcy szukają sposobu, by zastąpić kosztowny i kruchy krzem materiałami tańszymi, lżejszymi i bardziej elastycznymi. Jednym z najbardziej obiecujących kierunków okazuje się kombinacja dwutlenku tytanu (TiO₂) i selenu (Se). Selen pochłania światło słoneczne, a dwutlenek tytanu transportuje powstałe ładunki elektryczne do dalszego obiegu. Materiały te są dobrze znane w fotonice i chemii materiałowej, ale dopiero teraz udało się je połączyć w sposób, który pozwala efektywnie przekształcać światło słoneczne w energię elektryczną i to z niespotykaną dotąd wydajnością.

Zespół badaczy z Uniwersytetu Tokijskiego ogłosił, że ich ogniwa osiągają gęstość mocy nawet 1000 razy wyższą niż klasyczne ogniwa krzemowe. To oznacza, że na tej samej powierzchni można wygenerować nieporównanie więcej energii, przy znacznie mniejszej grubości materiału.

Rekordowa wydajność perowskitowych ogniw fotowoltaicznych. Co to oznacza dla rynku PV? 

Jak to działa?

Ogniwa tytanowo-selenowe zbudowane są z kilku ultracienkich warstw, z których kluczową rolę odgrywa powłoka z selenu pochłaniająca światło i warstwa kontaktowa z TiO₂, która efektywnie transportuje elektrony. Co istotne, TiO₂ jest materiałem niekorozyjnym, nietoksycznym i szeroko dostępnym, co dodatkowo zwiększa potencjał komercyjny tej technologii.

Badacze podkreślają, że przełom polega nie tylko na zastosowaniu nowych materiałów, ale przede wszystkim na opracowaniu specjalnej warstwy przejściowej, która minimalizuje straty energetyczne i poprawia efektywność przepływu ładunków.

Cieńsze niż włos, mocniejsze niż dachowe panele

Nowe ogniwa mają grubość kilkudziesięciu nanometrów, są więc wielokrotnie cieńsze od ludzkiego włosa. Mimo to wykazują ekstremalnie wysoką sprawność konwersji energii świetlnej w elektryczną, przynajmniej w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Ich elastyczność i niska masa oznaczają, że mogą być integrowane z nietypowymi powierzchniami: tekstyliami, tworzywami sztucznymi, a nawet szkłem okiennym.

Zastosowanie takiej technologii mogłoby zrewolucjonizować nie tylko fotowoltaikę budynkową, ale także transport, elektronikę ubieralną czy urządzenia off-grid. Potencjalnie, ogniwa te mogłyby zasilać drony, czujniki, czy systemy komunikacyjne w miejscach, gdzie klasyczne panele są zbyt ciężkie lub nieporęczne.

Szansa dla Europy i Polski?

Choć na razie technologia TiO₂-Se pozostaje w fazie testów, jej potencjał budzi ogromne zainteresowanie, również w kontekście europejskiej strategii uniezależniania się od importu chińskich paneli krzemowych. 

Dla Polski, która posiada zarówno zaplecze chemiczne, jak i doświadczenie w rozwoju technologii cienkowarstwowych (np. perowskity), może to być szansa na udział w tworzeniu nowej klasy urządzeń solarnych. Kluczowe będzie jednak szybkie włączenie się do międzynarodowych łańcuchów badań i wdrożeń. Rosnące inwestycje w nowe generacje PV, w tym technologie cienkowarstwowe, tandemowe i perowskitowe, potwierdzają kierunek rozwoju rynku. Według raportu SNS Insider wartość globalnego rynku cienkowarstwowych ogniw fotowoltaicznych ma wzrosnąć z 7,15 mld USD w 2023 r. do ponad 28 mld USD w 2032 r. Nowe technologie, takie jak tytanowo-selenowe ogniwa z Japonii, mogą wkrótce dołączyć do tego trendu.

Czy przełom wyjdzie poza laboratorium?

Na ten moment ogniwa tytanowo-selenowe nie są gotowe do masowej produkcji. Zespół z Japonii prowadzi dalsze testy nad ich stabilnością, trwałością i skalowalnością. Pytanie, czy efektywność rzędu 1000× większa od klasycznej fotowoltaiki utrzyma się w warunkach zewnętrznych, pozostaje otwarte.

Jedno jest pewne: jeśli choć część zapowiadanych parametrów znajdzie potwierdzenie w praktyce, może to być technologiczny przełom porównywalny z wynalezieniem ogniwa krzemowego w XX wieku.

Zobacz też: Rynek cienkowarstwowych ogniw, perowskitów warty miliardy dolarów do 2032 roku – nowy raport

Źródła: Earth.com, Green Humans, ESA Energy, Nature Communications, Uniwersytet Tokijski

Fot.: Canva

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.