Jeftinije organske solarne ćelije konačno spremne za tržište
Dotjeran novi konkurentski proizvod na tržištu fotonaponskih sustava
Organske solarne ćelije relativno su nova tehnologija, a zadnja istraživanja pokazala su značajan napredak u njihovoj učinkovitosti, koja je do sada priječila njihovu komercijalizaciju. Zahvaljujući istraživačima sa Sveučilišta Michigan, novi dizajn organskih solarnih ćelija povećava njihovu učinkovitost na 15 posto, čini ih fleksibilnijima, jeftinijima, a ujedno i komercijalno održivim.
Istraživači su demonstrirali rad organskih solarnih ćelija koje mogu postići učinkovitost od 15 posto što ih čini fleksibilnijom i jeftinijom vrstom solarnih ćelija te odsad i komercijalno održivom.
Ova razina učinkovitosti u rasponu je učinkovitosti mnogih solarnih panela, odnosno fotonaponskih sustava, koji se trenutno nalaze na tržištu.
Veća učinkovitost uz manje troškove
„Organski fotonaponski sustavi mogu potencijalno smanjiti ukupne troškove sustava za iskorištavanje solarne energije, čineći solarnu energiju sveprisutnim čistim izvorom energije“, rekao je Stephen Forrest, profesor inženjerstva na Sveučilištu Michigan, koji je vodio istraživanje.
S 15-postotnom učinkovitošću i životnim vijekom od 20 godina, istraživači procjenjuju da bi organske solarne ćelije mogle proizvesti električnu energiju s troškovima manjim od sedam centi po kilovatsatu. Za usporedbu, prema US Energy Information Administration, prosječni trošak električne energije u SAD-u iznosio je 10,5 centi po kilovatsatu u 2017. godini.
Organske solarne ćelije u svojoj strukturi sadrže, kako im i sam naziv govori, ugljik te tako nude nekoliko prednosti u odnosu na konvencionalne „anorganske“ ćelije. Naime, troškovi proizvodnje anorganskih solarnih ćelija na bazi silicija su visoki upravo zbog zahtjevnog postupka dobivanja pogodnog oblika samog silicija (kristličnog ili amorfnog oblika Si). Također, takvi paneli sastavljeni su od krutih listova koji zahtijevaju fiksne instalacijske točke.
S druge strane, proizvodnja organskih solarnih ćelija značajno je jeftinija, a proizvedeni slojevi motaju se u role te su dovoljno tanki pa se po potrebi mogu savijati unutar same konstrukcije panela. Također, mogu biti u bilo kojoj boji pa čak i prozirne, kako bi se uklopile u svaki okoliš.
Novim dizajnom do tržišne konkurentnosti
Unatoč navedenim prednostima, organskim solarnim ćelijama i dalje nedostaje veća učinkovitost kako bi se mogle natjecati s konvencionalnim izvorima energije.
„Zadnjih nekoliko godina, učinkovitost organskih fotonaponskih sustava bila je oko 11 do 12 posto“, navodi Xiaozhou Che, doktorant programa primijenjene fizike i glavni autor novog istraživanja objavljenog u Nature Energy.
Kako bi se odmaknuli iz dosadašnjih okvira i napravili korak dalje u povećanju učinkovitost, istraživači su kombinirali više različitih načina unaprjeđenja u dizajnu i procesu organskih solarnih ćelija.
Prvo su dizajnirali sustav koji kombinira točno određene slojeve koji apsorbiraju svjetlost i vidljivog i infracrvenog dijela spektra. U suštini, spojili su dvije organske solarne ćelije - jednu sposobnu apsorbirati svjetlost vidljivog dijela spektra valnih duljina od 350 nanometara, i drugu s mogućnošću apsorpcije blizu infracrvenog područja valnih duljina do 950 nanometara.
„Zasebno, ćelije postižu deset do 11 posto učinkovitosti“, navodi Che. „Njihovim spajanjem povećala se apsorpcija svjetla te se i učinkovitost poboljšala do 15 posto s antirefleksijskim premazom.“
„Ovakav proces smatra se dosta zahtjevnim jer postoji mogućnost da tekućina koja se koristi za obradu gornje ćelije otopi već ispod nanesene slojeve“, objasnio je Che.
Još uvijek ima prostora za daljnji razvoj
U konačnici, istraživački tim demonstrirao je da se s takvim novim dizajnom, materijalima i procesom ostvaruje konverzija od preko 95 posto. To znači da su istraživači uspješno osmislili i složili gotovo sve uređaje bez kratkog spoja, što je vrlo važno zbog uvećanja procesa proizvodnje na industrijsku razinu.
Unatoč postizanju rekordne učinkovitosti, tim vjeruje da još uvijek ima mjesta za daljnji napredak u razvoju organskih solarnih ćelija.
„Možemo poboljšati apsorpciju svjetla kako bi se povećala količina proizvedene električne energije i maksimalno smanjio gubitak energije pri povećanju napona“, dodaje Che. „Prema proračunima, u skoroj budućnosti se očekuje 18-postotna učinkovitost za ovu vrstu višenamjenskog uređaja.“
Istraživanje je podržao program SunShot (Department of Energy i Department of the Navy, Office of Naval Research).
Barbara Kalebić / Ekovjesnik