Solární materiál musí světlo nejen pohltit, ale také zabránit tomu, aby se získaná energie příliš rychle ztratila. Tým vedený Oxfordskou univerzitou popsal neobvyklé chování sulfidu bismutitého: silně pohlcuje světlo a zároveň zpomaluje zánik vzniklých elektrických nábojů. Výsledek zveřejněný 28. října v časopise Nature otevírá zajímavý směr pro hledání nových solárních materiálů.
Nejde o nový panel, který by si bylo možné objednat na střechu. Výzkumníci zkoumali vlastnosti polovodiče se vzorcem Bi₂S₃ a snažili se pochopit, proč se v něm světlem vytvořené náboje chovají jinak, než by se běžně čekalo. Oxfordská univerzita představila výsledek 28. října.
Malý závod uvnitř solárního článku
Po dopadu vhodného světla mohou v polovodiči vzniknout pohyblivé elektrony a takzvané díry, tedy místa, kde elektron chybí. Aby článek dodal užitečný proud, musí tyto nosiče náboje odvést. Pokud se elektron s dírou znovu spojí dřív, jejich příspěvek k proudu se ztratí.
Tomuto ději se říká rekombinace. Americké ministerstvo energetiky jej popisuje jako jedno z omezení účinnosti fotovoltaiky. Zjednodušeně jde o závod: dokáže zařízení náboj využít dříve, než zanikne?
Proto nestačí najít materiál, který výborně zachytává sluneční záření. Musí s vytvořenými náboji také dobře zacházet. Silná absorpce a pomalejší rekombinace jsou dvě odlišné žádoucí vlastnosti.
Dvě blízké energetické cesty
V sulfidu bismutitém tým popsal dvě energeticky blízké možnosti chování elektronů. Jedna umožňuje účinné pohlcování světla, druhá poskytuje stav, z něhož náboje zanikají pomaleji. Materiál tak dokáže do určité míry spojit přednosti, které bývá obtížné získat současně.
Badatelé využili ultrarychlá optická měření a výpočty. Sledovali také chování při různých teplotách, protože právě změna teploty pomáhá odhalit, mezi jakými stavy se náboje přesouvají.
Nižší ztráty nejsou totéž co vyšší účinnost panelu
Autoři odhadují, že popsaný mechanismus při pokojové teplotě snižuje rychlost rekombinace přibližně o 75 procent oproti srovnatelně silně absorbujícím materiálům. Toto číslo neznamená o 75 procent více elektřiny ze solárního panelu. Vztahuje se k určitému procesu uvnitř materiálu.
Účinnost hotového článku ovlivňují také další ztráty: část světla se odrazí, část energie se přemění na teplo a záleží na konstrukci vrstev i elektrických kontaktů. Dobrý výsledek na úrovni polovodiče proto musí následovat práce na celém zařízení.
Nová studie je cenná především jako návod, co hledat. Pokud lze vhodně spojit silné zachytávání světla s delším životem náboje, může to rozšířit výběr materiálů pro budoucí solární technologie. K praktickému panelu vede delší cesta, ale její první krok má tentokrát velmi konkrétní fyzikální vysvětlení.
