Πρωτοστάτησαν σε ένα νέο σχεδιασμό ηλιακών στοιχείων που θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στη βιομηχανία ηλιακής ενέργειας - Θα μπορούσε να αλλάξει σημαντικά την παγκόσμια ενεργειακή δυναμική, μειώνοντας την εξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα και ενισχύοντας την ενεργειακή ασφάλεια - Γεμάτη προκλήσεις η επίτευξη τέτοιων αποτελεσμάτων σε πρακτικές εφαρμογές
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Complutense της Μαδρίτης ανέπτυξαν ένα πρωτοποριακό ηλιακό στοιχείο χρησιμοποιώντας φωσφορούχο γάλλιο και τιτάνιο, επιτυγχάνοντας ενδεχομένως ρεκόρ στην απόδοση μετατροπής ενέργειας 60% η οποία θα μπορούσε να μεταμορφώσει δραματικά το τοπίο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ).
Αυτή εφεύρεση θα μπορούσε να αλλάξει σημαντικά την παγκόσμια ενεργειακή δυναμική, μειώνοντας την εξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα και ενισχύοντας την ενεργειακή ασφάλεια.
Ενώ τα ηλιακά στοιχεία αποτελούν εδώ και καιρό ακρογωνιαίο λίθο των ΑΠΕ, τα παραδοσιακά στοιχεία με βάση το πυρίτιο έχουν εγγενείς περιορισμούς.
Ο νέος σχεδιασμός επιδιώκει να ξεπεράσει αυτά τα εμπόδια, προσφέροντας μια ματιά σε ένα μέλλον όπου η ηλιακή ενέργεια θα μπορούσε να καλύψει τις αυξανόμενες ενεργειακές απαιτήσεις πιο αποτελεσματικά.
Κατανόηση των περιορισμών των παραδοσιακών ηλιακών κυψελών
Η απόδοση των ηλιακών κυψελών αποτελούσε ανέκαθεν θέμα έντονης έρευνας και ανάπτυξης.
Τα ηλιακά κύτταρα με βάση το πυρίτιο τα οποία κυριαρχούν στην αγορά, περιορίζονται από το όριο Shockley-Queisser (SQ).
Αυτό το θεωρητικό ανώτατο όριο, που εξαρτάται από την ενέργεια ενεργειακού χάσματος του ημιαγωγικού υλικού, περιορίζει την απόδοση των ηλιακών κυψελών μονής σύνδεσης σε περίπου 33,7%.
Πρακτικά, αυτό σημαίνει ότι ένα σημαντικό μέρος του ηλιακού φωτός παραμένει ανεκμετάλλευτο, διαφεύγοντας ως θερμότητα.
Για να αντιμετωπίσει τις αυξανόμενες ενεργειακές ανάγκες, η βιομηχανία αναζητά όλο και περισσότερο τρόπους για να βελτιώσει την απόδοση των ηλιακών κυψελών.
Ωστόσο, η απλή αύξηση του αριθμού των ηλιακών πάνελ δεν αποτελεί βιώσιμη λύση.
Αντ’ αυτού, οι ερευνητές έχουν επικεντρωθεί σε εναλλακτικά υλικά που θα μπορούσαν ενδεχομένως να ξεπεράσουν το όριο SQ, αυξάνοντας έτσι την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από την ίδια ποσότητα ηλιακού φωτός.
Αυτή η αναζήτηση για υψηλότερη απόδοση έχει οδηγήσει ερευνητές όπως ο Javier Olea Ariza και η ομάδα του να εξερευνήσουν νέα υλικά και τεχνολογίες.
Καινοτόμος προσέγγιση με φωσφορούχο γάλλιο και τιτάνιο
Η ομάδα του Javier Olea Ariza ξεκίνησε ένα φιλόδοξο έργο για τη δημιουργία ενός ηλιακού στοιχείου χρησιμοποιώντας φωσφορούχο γάλλιο (GaP) και τιτάνιο (Ti).
Το GaP (με το υψηλότερο ενεργειακό χάσμα των 2,26 eV), προσφέρει μια πολλά υποσχόμενη πορεία για την υπέρβαση των περιορισμών των στοιχείων με βάση το πυρίτιο.
Τα πειράματά τους σε μετρήσεις διαπερατότητας και ανάκλασης αποκάλυψαν βελτιωμένη απορρόφηση φωτός σε μήκη κύματος άνω των 550 nm, που αποδίδεται στις μοναδικές ιδιότητες του τιτανίου.
Αν και η θεωρητική μέγιστη απόδοση του στοιχείου είναι περίπου 60%, ο δρόμος για την επίτευξη τέτοιας απόδοσης σε πρακτικές εφαρμογές είναι γεμάτος προκλήσεις.
Προκλήσεις και μελλοντικές προοπτικές
Ενώ οι δυνατότητες των ηλιακών κυψελών GaP:Ti είναι εμφανείς, η ομάδα αναγνωρίζει ότι τα τρέχοντα πρωτότυπά τους απέχουν πολύ από το να είναι έτοιμα για εμπορική ανάπτυξη.
Οι ερευνητές επικεντρώνονται στην ανάπτυξη ενός πρωτοτύπου που επιδεικνύει βελτιωμένη απόδοση και ανθεκτικότητα.
Οι μελλοντικές προσπάθειες θα περιλαμβάνουν (πιθανότατα) τη βελτίωση της ενσωμάτωσης τιτανίου και την διερεύνηση εναλλακτικών προσεγγίσεων για τη βελτίωση της απόδοσης του κελιού.
Παρά τον μακρύ δρόμο που έχουμε μπροστά μας, η πιθανότητα επίτευξης απόδοσης 60% προσφέρει μια δελεαστική ματιά στο μέλλον της ηλιακής ενέργειας.
Πιθανός αντίκτυπος στη διεθνή ενεργειακή δυναμική
Οι επιπτώσεις ενός ηλιακού κελιού με απόδοση 60% εκτείνονται πολύ πέρα από το εργαστήριο.
Μια τέτοια ανακάλυψη θα μπορούσε να αλλάξει σημαντικά την παγκόσμια ενεργειακή δυναμική, μειώνοντας την εξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα και ενισχύοντας την ενεργειακή ασφάλεια.
Αξιοποιώντας περισσότερο την ενέργεια του ήλιου, αυτά τα προηγμένα κελιά θα μπορούσαν να συμβάλουν σε ένα πιο βιώσιμο και ανθεκτικό ενεργειακό δίκτυο.
Η πορεία προς την ευρεία υιοθέτηση αυτής της τεχνολογίας θα απαιτήσει συνεχείς επενδύσεις στην έρευνα και ανάπτυξη, καθώς και συνεργασία μεταξύ ακαδημαϊκών ιδρυμάτων και βιομηχανίας.
Καθώς ο κόσμος αντιμετωπίζει τις προκλήσεις της κλιματικής αλλαγής και της ενεργειακής σπανιότητας, καινοτομίες όπως το ηλιακό στοιχείο GaP:Ti αποτελούν «φάρο ελπίδας».
www.worldenergynews.gr
