Konec závislosti na vzácném indiu?
Současná výroba mnoha pokročilých elektronických zařízení, včetně solárních panelů, se spoléhá na transparentní vodivé vrstvy. Dlouhodobým standardem je zde oxid india a cínu (ITO). Ačkoliv má skvělé vlastnosti, jeho hlavní složka, indium, je velkou slabinou. Jedná se o vzácný kov, jehož zásoby jsou omezené a těžba se koncentruje jen v několika zemích světa, především v Číně. To představuje nejen ekonomické, ale i strategické riziko pro Evropu, která se snaží o energetickou nezávislost a soběstačnost ve výrobě klíčových technologií.
Rostoucí poptávka po solárních panelech, displejích a další elektronice tlačí cenu india vzhůru a činí z něj kritickou surovinu. Nalezení plnohodnotné náhrady je proto jedním ze svatých grálů materiálového výzkumu. A právě to se nyní podařilo týmu pod vedením Fraunhoferova institutu.
Německá preciznost našla alternativu bez kompromisů
Vědecký tým se zaměřil na takzvané perovskit-křemíkové tandemové solární články, které jsou považovány za budoucnost fotovoltaiky díky svému potenciálu dosahovat mnohem vyšší účinnosti než dnešní konvenční panely. Klíčovou součástí těchto článků je rekombinační vrstva, která propojuje horní perovskitovou a spodní křemíkovou část. A právě zde se standardně používá zmíněné ITO.
Jak uvádí studie publikovaná v odborném časopise RRL Solar, výzkumníci systematicky porovnávali tři různé materiály pro tuto vrstvu: tradiční ITO, oxid zinku dopovaný hliníkem (AZO) a právě nový oxid cínu dopovaný zinkem (ZTO). Výsledky byly ohromující. Zatímco AZO v testech selhalo a vedlo k nízké účinnosti, ZTO se plně vyrovnalo drahému indiovému standardu.
Články využívající ZTO dosahovaly za srovnatelných podmínek účinnosti mezi 27 % a 28 %, což je naprosto srovnatelné s referenčními články s ITO. „Ukázali jsme, že ZTO, transparentní vodivý oxid bez india, je životaschopnou rekombinační vrstvou,“ uvedla pro magazín PV Magazine hlavní autorka studie Sadaf Ghasemi. Dodala, že ZTO dosahuje stejného výkonu jako ITO při použití totožného, průmyslově škálovatelného výrobního procesu naprašování.
Tandemové články: Skok do nové éry fotovoltaiky
Možná si kladete otázku, proč se tolik úsilí věnuje právě tandemovým článkům. Odpověď je jednoduchá: účinnost. Standardní křemíkové solární panely, které dnes vidíme na většině střech, se blíží svému teoretickému maximu účinnosti, které se pohybuje kolem 26-27 %.
Tandemové články tento limit překonávají kombinací dvou různých materiálů. Horní, perovskitová vrstva, efektivně zachycuje viditelnou část slunečního spektra (modré a zelené světlo), zatímco světlo s delší vlnovou délkou (červené a infračervené) projde a je zužitkováno spodní, křemíkovou vrstvou. Díky této spolupráci dokáží teoreticky dosáhnout účinnosti přesahující 40 %, přičemž v laboratořích již bylo dosaženo hodnot přes 33 %. Právě technologie jako ZTO jsou klíčem k tomu, aby se tyto super-účinné panely mohly začít vyrábět ve velkém a za rozumnou cenu.
Příležitost pro Evropu i Česko
Objev německých vědců není jen akademickým úspěchem. Má obrovský geopolitický a ekonomický potenciál. Snížení závislosti na kritických surovinách z Číny je pro Evropskou unii absolutní prioritou, jak dokládají iniciativy jako Green Deal nebo REPowerEU. Levnější a dostupnější materiály mohou výrazně zlevnit výrobu solárních panelů nové generace a urychlit tak energetickou transformaci napříč kontinentem.
Pro země jako Česká republika to znamená příslib rychlejšího rozvoje obnovitelných zdrojů a posílení energetické bezpečnosti. Dostupnější technologie s vyšší účinností znamenají, že i z menší plochy bude možné získat více čisté elektřiny, což je klíčové pro hustě osídlené oblasti. Tento technologický skok tak přímo podporuje cíle Česka v oblasti dekarbonizace a snižování závislosti na fosilních palivech.
Ačkoliv cesta od laboratorního prototypu k masové výrobě trvá obvykle několik let, fakt, že pro nanášení ZTO lze využít stávající a škálovatelné průmyslové metody, je velmi optimistickým signálem. Budoucnost solární energetiky je opět o něco světlejší a hlavně – udržitelnější.
Kdy se solární panely s touto novou technologií objeví na trhu?
Jedná se o významný výzkumný průlom, ale stále je ve fázi laboratorního ověřování. Přechod k masové průmyslové výrobě a komerční dostupnosti obvykle trvá několik let, odhadem 3 až 5. Pozitivní zprávou je, že výrobní proces ZTO je kompatibilní se stávajícími technologiemi, což by mohlo přechod urychlit.
Ovlivní tato změna přímo cenu elektřiny pro domácnosti?
Dlouhodobě ano. Levnější výroba účinnějších solárních panelů snižuje celkové náklady na výstavbu solárních elektráren. To se postupně promítne do nižší výkupní ceny elektřiny z obnovitelných zdrojů a v konečném důsledku i do cen pro spotřebitele. Pro majitele domácích fotovoltaických elektráren to může znamenat rychlejší návratnost investice.
Jsou zinek a cín, které nahrazují indium, skutečně udržitelné materiály?
Ano, v porovnání s indiem představují výrazně udržitelnější alternativu. Zinek i cín jsou v zemské kůře podstatně hojnější, jejich těžba je rozprostřena globálně a jejich cena je výrazně nižší. Ačkoliv každá těžba má svůj dopad na životní prostředí, z hlediska dostupnosti a strategické bezpečnosti jsou pro velkovýrobu solárních panelů mnohem vhodnější než kriticky vzácné indium.