Tandemové fotovoltaické články – jeden ze směrů výzkumu a vývoje v oblasti fotovoltaiky III. generace

Abstract

Nejnovější prognózy z oblasti elektroenergetiky uvádějí, že se bude v roce 2050 z fotovoltaických (FV) systémů vyrábět cca 30 000 TWh elektrické energie. Tak obrovské množství však nelze vyrobit z materiálů, jejichž zásoby na Zemi nepřevyšují 10–4 až 10–6 hmotnostních procent. Tuto podmínku velmi dobře splňuje křemík – 2. nejrozšířenější prvek naší planety. Krystalický křemík, jenž v současné době FV dominuje, však nesplňuje řadu požadavků, které jsou kladeny na ideální FV materiál, např. není přímým polovodičem. Mnohdy proti sobě stojí dokonce zcela protichůdné požadavky – např. abychom získali co největší elektrický proud, měl by mít použitý materiál co nejmenší šířku zakázaného pásu, v němž by docházelo k absorpci fotonů celého spektra slunečního záření, přičemž všechny by způsobily vznik volných nosičů elektrického náboje. Šířka zakázaného pásu zároveň determinuje nejvyšší teoreticky dosažitelnou hodnotu elektrického napětí. Z tohoto hlediska by naopak bylo vhodnější použít materiál se širokým zakázaným pásem. Bylo zjištěno, že optimální šířka zakázaného pásu pro FV materiály je od 1,1 do 1,8 eV. Kromě této by měl mít ideální FV materiál další vlastnosti: vysokou hodnotu difúzní délky minoritních nosičů elektrického náboje, strukturu přímých pásů, vysokou hodnotu koeficientu absorpce a vysokou účinnost přeměny energie Slunce na energii elektrickou. Dále by měl být dostupný, dlouhodobě stabilní a levný. V neposlední řadě nesmí mít negativní vliv na životní prostředí a musí umožňovat jednoduchou, energeticky i finančně co nejméně náročnou výrobu FV článků. V tomto směru jsou do budoucna perspektivním materiálem tenké vrstvy, na jejichž bázi jsou založeny FV články II. a III. generace, neboli tzv. tenkovrstvé FV články. Právě do této oblasti je v posledních letech orientován výzkum a vývoj v energetice především. V tomto příspěvku je nastíněna problematika tandemových FV článků – jednoho ze směrů v oblasti výzkumu a vývoje FV III. generace.