Zbliżamy się do poziomu, w którym połowa energii światła padającego na ogniwo fotowoltaiczne zostanie zamieniona na energię elektryczną. Najnowsze ogniwo PV niemieckiego Instytutu Fraunhofera (Fraunhofer ISE) osiągnęło sprawność 47,6 procent. Udało się przeskoczyć z poprzednich 46,1 procent dzięki nowym powłokom antyodblaskowym.
Najlepsze czterowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne na świecie
Prace nad optymalizacją ogniwa toczyły się w ramach projektu o wymownej nazwie „50 Procent”. Usiłowano poprawić każdą z czterech złączy (ang. four-junction solar cell) z osobna m.in. ulepszając złącza i powłoki antyodblaskowe. Rekordową sprawność w obecności skoncentrowanego światła słonecznego osiągnięto zaledwie rok po starcie Centrum ds. Ogniw Słonecznych o Wysokiej Sprawności, chwalą się naukowcy (źródło). Wspomniane 47,6 procent w laboratorium oznacza sprawność na poziomie trzydziestu kilku procent przy normalnym świetle słonecznym.
Nowe ogniwa powstały we współpracy z firmą Soitec, we wszystkich warstwach wykorzystano materiały na bazie galu (Ga), które reagują na fale świetlne o długości od 300 (bliski ultrafiolet) do 1 780 nanometrów (podczerwień). Klasyczne ogniwa fotowoltaiczne produkowane w oparciu o krzem są w stanie przechwytywać światło o długości do 1 200 nm (bliższa podczerwień). Wiadomo, że światło słoneczne docierające do Ziemi w ponad 50 procent składa się z podczerwieni, więc ogniwo reagujące na większy zakres powinno wytwarzać więcej energii.
W warunkach laboratoryjnych najlepsze ogniwa oparte na krzemie osiągają około 27 procent sprawności. Przy ogniwach stosowanych w dostępnych komercyjnie panelach fotowoltaicznych za wysoką sprawność uznaje się 22,2-22,8 procent. Obecne prace toczą się nad tym, żeby ogniwa odbijały z powrotem jak najmniejszą liczbę fotonów oraz sprawnie konwertowały promieniowanie cieplne, które powstaje również podczas ich pracy. Im mniej składników w nich zastosowano, tym będą tańsze w produkcji – poziom 47,1 procent przy ogniwach sześciozłączowych osiągnięto już w 2020 roku (poprzedni rekord).