Organické solární články přinášejí ekologičtější alternativu k tradičním křemíkovým panelům

Fotovoltaika je v posledních letech čím dál tím populárnější. Lidé hledají cesty, jak ušetřit za energie, roli hraje také ohleduplnější chování k životnímu prostředí. Přesto je v této oblasti stále co zlepšovat. Významného pokroku ve vývoji ekologických solárních článků dosáhli vědci z Ústavu makromolekulární chemie AV ČR ve spolupráci s výzkumníky z Linköpingské univerzity ve Švédsku. Vyvinuli organické solární články, které přinášejí ekologičtější alternativu k tradičním křemíkovým panelům. Výsledky výzkumu publikoval časopis Nature Energy.

Kořeny fotovoltaických panelů sahají až do osmdesátých let 19. století, kdy americký vynálezce Charles Fritts sestrojil „pradědečka“ dnešních panelů. Využil k tomu selen a zlato. Své zařízení nainstaloval na střechu jednoho domu v New Yorku, jeho účinnost však byla mizivá. V průběhu dalších desetiletí pracovali na vývoji fotovoltaiky mnozí badatelé z různých zemí světa. K přelomu došlo v padesátých letech 20. století, kdy se v amerických Bellových laboratořích (Bell Laboratories) zrodila současná podoba křemíkových článků.

Technologie určená původně pro kosmický výzkum či zásobování odlehlých míst elektřinou se postupně začala čím dál více využívat a stala se klíčovým prvkem pro snižování závislosti na fosilních palivech i pro boj s klimatickou změnou.

Organické články
Významného pokroku nyní dosáhli čeští a švédští badatelé. Jejich nová technologie je srovnatelná s křemíkovými panely, výhodou je ale její nižší ekologická zátěž i výrobní náklady. Obejde se bez toxických rozpouštědel a využívá funkční organické materiály.

V organických článcích se nevyskytují těžké kovy a k jejich výrobě nejsou třeba toxická rozpouštědla. Díky nižší hmotnosti je lze využít i v místech, kde tradiční solární panely nejsou vhodné – například jako průhledné fólie na okna nebo jako střešní krytinu, u které by se jednotlivé články mohly snadno zaklapnout do sebe podobně jako tašky na střeše.

Oproti klasickým fotovoltaickým panelům (na snímku) budou nově vyvinuté solární články ekologičtější a jejich výroba méně nákladná.

Vědci k výrobě použili revoluční přístup využívající polymery a funkční organické materiály. „Jedná se o složité vícesložkové systémy obsahující polymerní složku a malé organické molekuly, které vzájemně interagují, čímž pomáhají k přenosu náboje,“ vysvětluje Libor Kobera z oddělení strukturní analýzy Ústavu makromolekulární chemie AV ČR.

Český tým přispívá ke spolupráci strukturní analýzou pomocí spektroskopie nukleární magnetické rezonance (NMR). „Naším úkolem je odhalit, jakou má zkoumaný materiál strukturu a jak jsou jednotlivé složky vzájemně uspořádány. Následně se snažíme nalézt vztah mezi strukturou a vlastnostmi těchto materiálů,“ vysvětluje vedoucí oddělení strukturní analýzy Jiří Brus.

Spolupráce s Linköpingskou univerzitou

Laboratoř NMR spektroskopie v pevné fázi úspěšně spolupracuje s týmem profesora Feng Gao z Linköpingské univerzity již více než pět let. Ústředním tématem jejich výzkumu jsou solární články. Tým profesora Gao se zaměřuje na hledání nových materiálů a přístupů pro zvýšení účinnosti a ekologické šetrnosti. Speciální pozornost je věnována problematice perovskitových materiálů, které mají atraktivní vlastnosti, ale zatím také nedostatky, jako je nízká stabilita a ekologická zátěž kvůli obsahu těžkých kovů.

Na téma fotovoltaika si také můžete poslechnout Podcast Akademie věd Elektřina v létě zadarmo? S Martinem Ledinským o fotovoltaice. (18.12.2024)