Vědci z EPFL ve Švýcarsku dosáhli nového rekordu účinnosti solárních článků citlivých na barvivo. Skupina zaznamenala 15% účinnost na přímém slunečním světle a až 30% účinnost v podmínkách okolního světla. Jejich klíčovým úspěchem se stal vývoj nové kombinace fotosenzibilizačních materiálů, které mohou absorbovat celé světelné spektrum.
Historie mezoskopických solárních článků citlivých na barvivo (DSC) sahá do 90. let 20. století. V té době je předvedli Brian O’Regan a Michael Grätzel na švýcarské École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL). Od té doby jsou běžně známé jako „Grätzelovy buňky“ a tento týden skupina vědců vedená Grätzelem oznámila nový průlom.
DSC solární články s rekordní účinností
Skupina vyrobila solární články citlivé na barvivo s účinností vyšší než 15 % při přímém slunečním světle. A také dosáhla účinnosti až 30 % při různých podmínkách okolního světla. Vědci popsali články v článku „Hydroxamic acid preadsorption raises efficiency of cosensitized solar cells“, který nedávno publikovali v časopise Nature.
V doprovodné tiskové zprávě skupina vysvětlila, že solární články citlivé na barvivo přeměňují světlo na elektřinu prostřednictvím fotosenzibilizátorů. Tyto sloučeniny barviv absorbují světlo a vstřikují elektrony do soustavy oxidových nanokrystalů, které se pak shromažďují jako elektrický proud. Fotosenzitizátory jsou navázané na povrch nanokrystalických mezoporézních vrstev oxidu titaničitého, které jsou nasycené redoxně aktivními elektrolyty nebo pevným materiálem pro přenos náboje. Cílem celé konstrukce je generovat elektrický proud přesunem elektronů z fotosenzibilizátoru do elektrického výstupu, jako je zařízení nebo paměťová jednotka.
Nejnovější úspěch je výsledkem pokroku ve fotosenzibilizátorech a dalších komponentech, uvedli výzkumníci. Dodali, že klíčem ke zlepšení účinnosti je pochopení a kontrola uspořádání molekul barviva na povrchu nanočástic oxidu titaničitého, které podporuje generování elektrického náboje.
Jednou z metod je kosenzitizace. Jedná se o chemický výrobní postup, při němž se solární články vyrábějí se dvěma nebo více různými barvivy, která mají komplementární optickou absorpci.
Kombinace barviv
EPFL použila tento přístup k dosažení nového rekordu účinnosti, přičemž využila kombinovaných barviv k vývoji článku, který dokáže absorbovat větší část světelného spektra. Klíčovou výzvou pro skupinu se stalo nalezení správné kombinace barviv, která dokáže dosáhnout vysoké účinnosti absorpce a přeměny světla, což vyžadovalo zdlouhavý proces molekulárního návrhu, syntézy a screeningu.
Skupině vedené Grätzelem a jeho kolegou Andersem Hagfeldtem se podařilo zdokonalit kombinaci dvou nově vyvinutých molekul fotosenzibilizujícího barviva vyvinutím techniky, při níž se na povrch nanokrystalického mezoporézního oxidu titaničitého předem naadsorbuje monovrstva derivátu kyseliny hydroxamové. To zpomaluje adsorpci obou senzitizérů a umožňuje vytvoření dobře uspořádané a hustě zabalené vrstvy senzitizéru na povrchu oxidu titaničitého.
Pomocí tohoto přístupu výzkumníci z EPFL demonstrovali barvicí senzibilizované solární články s účinností 15,2 % při standardním osvětlení „jedním sluncem“. Tedy poprvé, kdy tato technologie překročila hranici 15 %. Články rovněž prokázaly provozní stabilitu při více než 500 hodinách testování. Testování článků v širokém rozsahu různých intenzit osvětlení odhalilo zvýšenou výkonnost v podmínkách okolního světla – až na maximální účinnost 30,2 %.
Články citlivé na barvivo
Solární články citlivé na barvivo jsou průhledné a lze je snadno vyrábět v různých barvách. Typické aplikace zahrnují střešní okna, skleníky nebo skleněné fasády. Protože jsou lehké a flexibilní, jsou vhodné i pro použití v přenosných elektronických zařízeních.
„Naše zjištění otevírají cestu k snadnému přístupu k vysoce výkonným DSC. Dále nabízejí slibné vyhlídky pro aplikace jako zdroj energie a náhrada baterií pro nízkovýkonná elektronická zařízení, která využívají jako zdroj energie okolní světlo,“ uvedli výzkumníci z EPFL.
Zdroje: pv-magazine, Towpoint
