Perovskitové a organické solární panely ve vesmíru: 10× lepší než křemík

Křemíkové solární panely jsou ve vývoji už okolo 50 let a v posledních letech dostávají vážnou konkurenci v podobě perovskitových i organických solárních panelů. Ty mají kladné, ale i záporné stránky, které stále brání jejich komerčnímu nasazení. Německé univerzity se rozhodly vyzkoušet, jak si povedou ve Vesmíru, a proto byl vytvořen projekt OHSCIS. Ten využil startu rakety z Esrange Space Center ve Švédsku jako část projektu ATEK/MAPHEUS-8. Na raketu, která se vznesla do výšky 240 km nad zem, umístili solární panely různých typů a měřili účinnost i jiné parametry. Poněvadž zde není atmosféra, energie slunečního záření dosahuje vyšších hodnot. Zatímco na Zemi jde ve spektru AM1.5G asi o něco málo přes 1000 W/m2, ve Vesmíru (AM0) je to už 1366 W/m2. A jaké byly naměřeny výsledky?

 

 

Oba perovskitové typy (TiO2 i SnO2) vykázaly 14 mW/cm2 (140 W/m2), v případě organických panelů to bylo 7,5 mW/cm2 (75 W/m2). Pokud bychom to chtěli přepočítat na pozemské hodnoty, museli bychom odečíst asi 25 %, tedy ve výsledku cca 105 W/m2, resp. 60W/m2. To sice nejsou účinnosti jako u křemíkových solárních panelů, ale přesto dosáhly až 10krát lepších praktických výsledků. Záleží totiž na tom, jaké jsou potřeby.

 

Zatímco na Zemi je důležitý zejména výkon na plochu, při vesmírném použití je důležitý specifický výkon na hmotnost. A tady jsou především perovskity výrazně lepší. Ty je totiž možné mít na tenkých lehkých fóliích, takže jediný gram perovskitové vrstvy dokáže poskytnout výkon až 30 W, u organických je to okolo 10 W. V případě křemíkových světlocitlivých vrstev, které jsou velké a těžké, lze z gramu dostat jen desetinu, pouhý 1 W (u běžně dostupných jde o desetiny W na gram) a doposud nejlepší prezentované panely anorganických křemíkových panelů se dostaly zhruba na 3-4 W/g v AM0.

 

Desetinová hmotnost pro dosažení stejného výkonu ale není zdaleka jedinou výhodou perovskitů. U nich je dalším pozitivem to, že na rozdíl od křemíkových panelů zdaleka nevyžadují přímé světlo, ale stačí jim i to odražené. Díky tomu jsou schopny fungovat i v místech, kde je častěji stín s dostatkem okolního odraženého světla. V testu tedy zkusili, jaký výkon budou mít panely ve stínu, kdy jediným zdrojem světla bylo to, co se odrazilo od Země. Zde dosáhli 0,3 až 0,8 mW/cm2 (3 až 8 W/m2). Pokud jde o organické panely, ty mají výhodu i v nízké ceně. Problémem je u obou nových typů také životnost, nicméně ta by měla být alespoň ve vesmírném nasazení mnohem lepší než na Zemi.

 

Zdroj: techxplore.com, cell.com