Przełom technologii produkcji ogniw słonecznych

Intensywny rozwój technologii paneli słonecznych miał miejsce od lat 70-tych ubiegłego wieku. Proces ten uległ spowolnieniu w momencie osiągnięcia sprawności przetwarzania energii na poziomie 14 procent. Spore zainteresowanie tą technologią w Stanach Zjednoczonych z początku spowodowane było udzielanymi wtedy dopłatami rządowymi. Jednak w wyniku cięć budżetowych zainteresowanie w pewnym momencie diametralnie zmalało. Główny czynnik wpływający na końcową cenę paneli słonecznych to przede wszystkim produkcja oraz ich instalacja.

Obecnie zakłada się jednak, że koszty produkcji, instalacji oraz wykorzystania paneli słonecznych mogą ulec zmniejszeniu. Wpływ na tę sytuację mają badacze tacy jak Qiaoqiang Gan z Uniwersytetu Bufallo, którzy przyczyniają się do rozwoju nowej generacji ogniw fotowoltaicznych. Domeną tych paneli będzie produkcja większej ilości energii elektrycznej przy mniejszych kosztach produkcji.

Jedną z bardziej obiecujących inicjatyw Gana jest jego praca nad wykorzystaniem plazmonowo wzmocnionych, organicznych ogniwach fotowoltaicznych. Materiał ten nie odpowiada tradycyjnym ogniwom słonecznym w sensie produkcji energii elektrycznej, jednak w tym czasie jest on tańszy w wytworzeniu. Dzieje się tak z uwagi na ciekłą formę materiału, pozwalającą na aplikację na bardziej zróżnicowanych powierzchniach.

Obecnie ogniwa paneli fotowoltaicznych produkowane są z cienkich, polikrystalicznych "wafli" krzemowych albo tak zwanego TFSC (Thin Film Solar Cell), które wytworzone są z nieorganicznych materiałów, takich jak krzem amorficzny lub tellurku kadmu. Oba materiały są kosztowne w produkcji. On sam skupia się na badaniu TFSC, jednak do ich produkcji używa tańszych, organicznych materiałów, takich jak polimery i małe cząsteczki na bazie węgla.

Gan twierdzi, że w zademonstrowany przez niego sposób w porównaniu z nieorganicznym "konkurentem", możliwa jest produkcja ogniw fotowoltaicznych na o wiele większej powierzchni, przy kosztach porównywalnych do farby do malowania. Oczywiście na początku obowiązywać będzie raczej porównanie do łatwości aplikacji takich paneli słonecznych (niczym pokrycie ściany farbą), a później istotnie dojdzie do dużego spadku cen za ogniwa.

Niestety każda technologia ma też swoje słabe strony. W przypadku organicznych fotoogniw z uwagi na względnie słabe właściwości przewodzące produkowane materiały muszą być bardzo cienkie. Z kolei z uwagi na tę cechę wiąże się mała zdolność do pochłaniania świata i w związku z tym efektywność przetwarzania energii jest na niskim poziomie. Badacze przewidują, iż sprawność przetwarzania energii musi wynosić ponad 10%, aby ogniwa były konkurencyjne na rynku.

By osiągnąć ten cel Gan wraz z kilkoma innymi badaczami pracują nad osadzaniem metalowych nanocząsteczek oraz/lub plazmonowymi nanostrukturami wewnątrz organicznych fotoogniw. Plazmony to elektromagnetyczne fale i wolne elektrony, które mogą być wykorzystane poprzez oscylację na powierzchni metali i półprzewodników. W wyniku oddziaływań z fotonami tworzona jest inna kwazicząstka, nazywana polarytonem.

Te ostatnie wyniki badań sugerują, że rozwój ogniw słonecznych postępuje w dobrym kierunku. Kolejne wysiłki powinny w dalszym stopniu skupiać się na sposobie w jaki nanomateriały oraz plazmonowe strategie mogą wpłynąć na produkcję jeszcze bardziej efektywnych i łatwych w produkcji organicznych komórek fotowoltaicznych.