Szuperhatékony napelemen dolgoznak magyar kutatók

A BME Fizikai Intézetének munkatársai az új típusú napelem-alapanyagokkal végzet kutatások során azt vizsgálták, hogy a perovszkitalapú anyagokból – azaz a hagyományos, szilíciumalapú napelemeknél – jobb hatásfokú fotovoltaikus eszközöket lehet-e gyártani – a publikáció a Advanced Energy & Sustainability Research folyóiratban jelent meg.

„A perovszkit egy anyagcsalád, amelyben több összetevő van együttesen jelen. Az általunk vizsgált anyagok összetétele CsPbBr₃, melyek legnagyobb problémája az ólom (Pb) jelenléte, hiszen az mérgező. Nagy feladvány, hogy ebben az egyébként ígéretes anyagcsaládban hogyan tudnánk az ólmot más anyaggal helyettesíteni, illetve megbizonyosodni arról, hogy ezen napelemek az élettartamuk végén nem szennyezik a környezetet” – mondta Simon Ferenc, a Természettudományi Kar egyetemi tanára.

De akkor miért éri meg mégis a perovszkittal bajlódni? Nos, azért, mert a perovszkitalapú napelemek hatásfoka már most versenyképes a hagyományos, szilíciumalapú napelemekével. A szakértők pedig arra számítanak, hogy a két anyagot kombináló, úgynevezett tandem-napelemcellák lesznek igazán hatékonyak.

A jelenleg kapható napelemek hatásfoka 15-20 százalék, a tandemekkel ez remélhetőleg megduplázódhat vagy akár 50 százalékig is felmehet.

– magyarázta Simon Ferenc.

Hogy az új technológia mikor jelenhet meg a gyakorlatban, az egyelőre „a jóslás kategóriája”, de az általános ipari várakozás szerint a 2030-as évek közepére már a perovszkit-szilícium tandem-napelemcellák elérhetők lesznek a kereskedelemben. Hanem addig még a végére kell járni néhány fontos dolognak, az egyik ilyen az említett töltésélettartam kérdése.

„Ahhoz, hogy egy napelem nagy hatásfokkal működjön, minél nagyobb töltéshordozó-élettartamra van szükség. Az új típusú perovszkitokban az eddig megfigyelt élettartamok 100 mikroszekundumnál nem voltak hosszabbak, mi a kutatásunkban 1 milliszekundumnál hosszabb élettartamokat figyeltünk meg” – számolt be a professzor.

Ezt az ugrást egy saját fejlesztésű összeállítással sikerült megfigyelni: a berendezés egy rövid lézerimpulzust küld a mintára, ezután tanulmányozzák annak megváltozott töltésállapotát. A minta a mérés közben változtatható hőmérsékleten (kriosztátban) van, a hőmérsékletét 10 és 500 Kelvin (-263 és 227 Celsius fok) között lehet állítani. Az elmúlt néhány hónapban átépítették a berendezést, hogy érzékenyebb és jobban vezérelt legyen.