Fotovoltaický sektor prochází fází technologické transformace. Standardní křemíkové články typu PERC či novější TOPCon sice dosáhly vysoké spolehlivosti a nízkých výrobních nákladů, z hlediska fyziky však narážejí na takzvaný Shockleyův-Queisserův limit. Ten omezuje maximální teoretickou účinnost jednopřechodového křemíkového článku na přibližně 29,4 %. V reálných provozních podmínkách se běžné komerční moduly pohybují mezi 21 a 24 %. Cesta k dalšímu citelnému zvýšení energetického výnosu tak vede přes tandemové uspořádání různých polovodičových materiálů.
Jak funguje tandem perovskitu a křemíku
Klíčem k vyšší efektivitě je rozdělení slunečního spektra mezi dva odlišné materiály. Tradiční křemíkový článek tvoří spodní vrstvu a efektivně pohlcuje především červenou a blízkou infračervenou část světelného spektra s nižší energií fotonů. Na jeho povrch je nanesena ultratenká vrstva perovskitu – krystalického materiálu s laditelnou šířkou zakázaného pásu, který s vysokou účinností absorbuje vysokoenergetické modré a zelené vlnové délky.
Díky tomuto vrstvení tandemový článek minimalizuje tepelné ztráty, ke kterým dochází při dopadu vysokoenergetických fotonů na samotný křemík. Výsledkem je schopnost generovat výrazně více elektřiny ze stejné plochy. V laboratorních a testovacích podmínkách dosahují moduly společnosti Tandem PV účinnosti až 29,7 %, což představuje skokový nárůst oproti konvenčním křemíkovým panelům. Podobný směr vývoje potvrzuje i evropský výzkum, jak ukázaly například pokročilé tandemové moduly Fraunhoferova institutu.
Program ARPA-E a projekt TANDEM
Podpora ve výši 7,7 milionu USD přichází v rámci programu SCALEUP Ready pod záštitou agentury ARPA-E (Advanced Research Projects Agency-Energy), která spadá pod Ministerstvo energetiky USA (DOE). ARPA-E se zaměřuje na financování strategických energetických inovací, jež vykazují vysoký potenciál, ale v raných fázích nesou příliš velké komerční riziko pro čistě soukromé investory.
Projekt nese název TANDEM (Tandems for American National Dominance in Energy Manufacturing) a jeho hlavním cílem je škálování výrobních procesů pro masový trh. Tandem PV, kterou založil Colin Bailie po vývoji prvního funkčního perovskit-křemíkového článku na Stanfordově univerzitě, dosud nashromáždila přes 100 milionů USD v kombinaci rizikového kapitálu, úvěrových linek a vládních grantů od institucí jako California Energy Commission či fondů Trellis Climate a Eclipse.
Od pilotní linky k průmyslové výrobě
Důležitým milníkem pro společnost bylo zprovoznění demonstračního výrobního závodu v kalifornském Fremontu s roční kapacitou 40 MW. Komerčnímu škálování napomohla také nedávná akvizice společnosti nexTC Corporation z Oregonu, která se specializuje na přesné nanášení tenkých vrstev oxidů kovů. Tato technologie umožňuje stabilní a rovnoměrnou aplikaci perovskitových sloučenin na křemíkový substrát, což bylo dlouhodobě jednou z hlavních překážek pro zavedení perovskitů do sériové linky.
Zvýšení plošné účinnosti modulů je zásadní nejen pro úsporu místa na střechách obytných domů a komerčních budov, ale i pro velké pozemní fotovoltaické parky. Vyšší výkon na čtvereční metr přímo snižuje vedlejší systémové náklady (BOS – Balance of System), které zahrnují pozemky, nosné konstrukce, kabeláž a montážní práce.
Jaká je životnost a stabilita perovskitových solárních článků?
Historickou nevýhodou perovskitů byla jejich náchylnost k degradaci vlivem vlhkosti, kyslíku a vysokých teplot. Moderní výrobní postupy, včetně zapouzdření a ochranných vrstev z oxidů kovů, však již umožňují dosáhnout standardních průmyslových záruk na stabilitu v řádu 20 až 25 let.
O kolik více energie tandemový panel vyrobí ve srovnání s běžným panelem?
Při dosažení účinnosti kolem 29 až 30 % dokáže tandemový modul vyprodukovat přibližně o 25 až 35 % více elektrické energie ze stejné plochy ve srovnání se standardním křemíkovým panelem o účinnosti 22 %.
