A napenergia kulcsfontosságú a világ energiaellátásának dekarbonizálásában, és az előrejelzések szerint 2050-re a globális villamosenergia-termelés mintegy felét ez biztosítja.
A megújuló energiák előállítási módszerei közül talán a napelemes technológia fejlődött a legtöbbet az utóbbi években. A kutatásokból úgy tűnik, túl kell lépni a megszokott, hagyományosnak mondható szilíciumos panelek alkalmazásán, ugyanis már nem elegendőek a fejlődéshez, elérték saját teljesítési határaikat. A párizsi klímaegyezmény célkitűzéseinek megvalósításához 2030-ig minden évben 15 százalékkal kell növekednie a napenergia felhasználásának, ehhez pedig a technológia rendkívül gyors fejlődése, és a költségek hasonló léptékű csökkenése szükséges.
Az amerikai Energiaügyi Minisztérium kötelékébe tartozó Nemzeti Megújuló Energia Laboratórium (NREL) gárdája szerint egy új, hatékonyabb alternatíva, a perovszkit napelemben lehet a kérdés megoldása. Ezeknek a paneleknek egyik nagy előnyük a rugalmasság, aminek köszönhetően nem kizárólag sima felületekre telepíthetőek. A perovszkit napelemeknek nyilvánvalóan rengeteget kell fejlődniük a jövőben, mielőtt széles körben alkalmazhatnák azokat. Egyes kutatócsoportoknak azonban már most is sikerült látványos eredményeket elérniük ezekkel. A Hongkongi Városi Egyetem munkatársai például a közelmúltban tettek komoly előrelépéseket a fejlesztés terén: a panelek stabilitását növelték, amíg szennyezésüket csökkentették.
Itt jöhet a képbe egy oxfordi, napelemeket fejlesztő társaság, az Oxford PV, amely nem kevesebbet állít, mint hogy harmadával hatékonyabb, azaz több napenergiát felhasználó napelem gyártását kezdték meg, és nyáron piacra is dobják a forradalmi terméket.
Frank Averdung, az Oxford PV vezérigazgatója felszólalt februárban az EU éves kiemelt ipari rendezvényén, az EU Ipari Napokon, és a következőket mondta: „Tavaly év végén új világrekordot állítottunk fel abban az energiamennyiségben, amit ezek az új generációs napelemek villamos energiává tudnak átalakítani. A teljesítmény ezen áttörése átalakítja a napenergia gazdaságát, és globálisan felgyorsítja növekedését. Ez egy lehetőség Európa számára, hogy visszaszerezze az iparág vezető szerepét.”
Az Oxford PV által előállított úttörő celláról bebizonyosodott, hogy a napenergia 29,52 százalékát képes villamos energiává alakítani. Ezzel szemben a házak milliói által használt hagyományos szilícium cellák átlagos konverziós aránya mindössze 15-20 százalék, a gyakorlati maximális konverziós ráta pedig körülbelül 26 százalék.
Az Oxford PV rekordméretű cellájában alkalmazott technológia magában foglalja a közönséges szilícium napelemek vékony film bevonását a perovszkit anyaggal, hogy jobban hasznosítsa a fotonokat a napspektrumban. A szintetikus perovszkit anyag megfizethető, fenntartható és nem utolsósorban teljes mértékben helyettesítheti a szilíciumot. Nem is akárhogy! Mindössze 35 kilogramm perovszkit ugyanannyi energiát termel, mint hét tonna szilícium. Ezzel a valaha volt leghatékonyabb napelemnek számít.
Az idei esztendő első felében az Egyesült Államok új energiaügyi minisztere, Jennifer Granholm 128 millió dolláros finanszírozási csomagot jelentett be a hazai szolár gyártási szektor kutatására és fejlesztésére. Ennek részeként 22 projektre összesen 40 millió USD-t irányoznak elő, amely hozzá fog járulni a perovszkit-alapú, hatékonyabb, olcsóbb és tartós szolár technológiák felfedezéséhez.
Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának (U.S. Department of Energy) Argonne Nemzeti Laboratóriumában a tudósok kidolgozták az energiahozammal rendelkező, napelemmel működő okos tetőablak prototípusát, amely egy optimalizáló algoritmuson alapul, ez képes kiegyensúlyozni az épület hőmérsékleti igényét és megvilágítási szükségletét. Az ablakot egy félig áttetsző perovszkit napelem cella és egy többrétegű nanofotonos bevonat integrálásával hozták létre.
Ennél hozzánk sokkal közelebb is vannak kézzelfogható eredmények, Wroclawban felépült a Saule Technologies nevű startup első gyára is, és ez év május 21-én a világon először, megindult a perovszkit modulok próbagyártása. A gyár kezdeti kapacitása évi 40 ezer m² flexibilis napelemes fólia előállítását teszi lehetővé, de már a kezdeti kereslet meghaladja a termelési képességeiket. A cég weboldala szerint a fólia négyzetméterének teljesítménye elérheti akár a 170 W-ot is, a tömege 730 gramm, az élettartama „több év”, az ára pedig 50 euró körüli. Egyelőre csak céges ügyfeleket szolgálnak ki. A termékeik között található napellenző, ablaküveg és elektronikus árcédula is.
Korszerű számítástechnikai módszerek – az egyetem Comet szuperszámítógépének – segítségével a Kaliforniai Egyetem San Diego-ban dolgozó tudósai halogenid vegyületek ezreit modellezték, és összeállítottak egy listát, amin 13 új anyag szerepel, amelyek a jövőben felhasználhatók lehetnek alacsony költségű, ámde mégis kiemelkedő hatásfokú napelem cellák létrehozására.
A perovszkitokban rejlő óriási potenciált felismerve a kutatók hasonló szerkezetű vegyületeket kerestek, azokat a stabilitási problémákat igyekezve elkerülni, amelyek megnehezítették a perovszkit használatát a napelem cellákban, azzal a céllal, hogy ugyanolyan hatékonysági potenciált biztosítsanak. A kutatás egyik fontos eleme volt, hogy olyanokat találjanak, amelyeknek előállításához nincs szükség mérgező ólomvegyületekre.
Az ólom alapú perovszkitok helyettesítését szolgáló anyagok keresése során a kutatók az alternatív anyagok modellezésére alkalmas egyedi számítógépes módszertant dolgoztak ki. A csoport először használta az anyagok AFLOW (Automatic – Flow for Materials Discovery) és a The Materials Project elnevezésű adatbázisait, ezek alapján dolgozták ki az anyagok szerkezeti sablonjaként használható 24 prototípus-szerkezetet, és ezekből 4507 feltételezett hibrid halogenid vegyület listáját állították össze. Végezetül az adatbányászat segítségével hamar leszűkítették a listát, és a szűrőalgoritmusok utoljára 13 jelöltet hagytak meg napelem cella alkalmazáshoz, és 23-at LED alapanyag jelöltként.
Nem az egyetlenek, akik az ólom helyettesítésén gondolkodnak és kutatnak. A közelmúltban számos nagyobb tanulmány is foglalkozott az ólommentes napelem cellák fejlesztésével. Az orosz Skolkovo Tudományos és Technológiai Intézetben (Skolkovo Institute of Science and Technology) továbbgondolták a perovszkit szerkezetét, annak érdekében, hogy antimon, valamint bizmut alapú, jóddal kombinált napelem cellákat hozzanak létre.
Ezekről az ígéretes perovszkitszerű fotoaktív anyagokról egy tanulmányt is közzétettek Kémikusok Királyi Társaságának (Royal Society of Chemistry) Kémiai anyagok című folyóiratában. A kutatók ebben azt állították, hogy lényegében új, napelem cellák előállítására alkalmas anyagcsaládot hoztak létre, amelynek a perovszkitszerű antimon-bromid komplex képezi az alapját. Állításuk szerint az antimon- vagy bizmut-halogenidek segítségével készült napelem cellák esetében ezek az anyagok máris rekordszintű hatékonyságot értek el.
(A cikk eredetileg a Zöld Ipar Magazin 2021. augusztusi számában jelent meg.)
További hírek a kategóriából
