Tzv. sieťová parita je cieľom pri výrobe elektriny z obnoviteľných zdrojov. Nastáva vtedy, keď sa jej cena vyrovná cene, za akú ju dodávajú do siete tradičné elektrárne. Solárne panely sieťovú paritu v niektorých krajinách hravo dosahujú, v iných – vrátane Slovenska – zatiaľ nie. Príčinou je nielen množstvo slnečného svitu za rok, ale aj cena elektriny, investičné náklady a účinnosť konverzie.
Nissan Pivo 3 – možno aj toto futuristické autíčko budeme môcť nabíjať efektívnejšou cestou, ako v súčasnosti. Foto: Nissan
Ak ale cena fotovoltaických panelov klesá a ich účinnosť rastie, dokážu za investované euro vyrobiť viac lacnejšej energie. Ich efektivita tak stúpa, vedci preto hľadajú stále nové možnosti ako oba tieto parametre zlepšiť. Výskumníci zo Stanfordskej technickej univerzity otvorili zaujímavú cestu k novej generácii FV panelov, keď sa inšpirovali tzv. „šepkajúcou galériou“. Ide o akustický efekt, známy z oválnych, kupolou prikrytých miestností, kde sa zvuk šíri nerušene pozdĺž stien a dá sa odpočúvať na opačnom konci miestnosti. Myšlienku „šepkajúcej galérie“ vedci implementovali do kremíkových nanoškrupiniek, ktoré podobným spôsobom dokážu čiastočne uväzniť dopadajúce svetlo. Fotóny vo vnútri škrupiniek niekoľkokrát obiehajú dookola, kým z nich väčšina (až 75%) nie je pohltená kremíkom a vyrobí elektrinu.
Štruktúra „nanoškrupinkového“ kremíkového fotovoltaického článku snímaná elektrónovým rastrovacím mikroskopom. Jeho hrúbka je menšia ako pol mikrometra. Foto: Yan Yao
Nanokryštalický kremík je zaujímavý pre konštrukciu FV článkov a panelov. Má vysokú účinnosť konverzie (konkrétny údaj správa Stanfordskej technickej univerzity neudáva), tvrdosť a odolnosť voči silnému slnečnému žiareniu. Jednou z výhodných vlastností nanokryštalických tenkých filmov je aj pomerne malá závislosť účinnosti energetickej konverzie od uhla natočenia panelov voči Slnku.
Počítačová simulácia prúdenia svetla (červená a oranžová) v nanoštruktúre silikónového panelu a vznik rezonancie svetla.
To spolu s mechanickými vlastnosťami tenkých kremíkových filmov otvára neobvyklé možnosti aplikácií takýchto fotovoltaických panelov. Mohli by sa integrovať napríklad do lodných plachiet a iných exotických materiálov, povedzme aj do športového oblečenia pre horolezcov a pod.
Výskum týchto materiálov je ešte v predkomerčnej fáze, ale vedci sú ohľadom ceny FV panelov optimistickí. Táto technológia totiž spotrebuje len jednu dvadsatinu drahého nanokryštalického kremíka oproti tenkovrstvovým kremíkovým článkom v pevnej fáze, kde je hrúbka aktívnej vrstvy 1 mikrometer. Princíp „šepkajúcej galérie“ by sa mohol uplatniť aj v iných oblastiach fotoniky, napr. pri výrobe fotodetektorov.