Fotovoltický článok je zariadenie, ktoré premieňa priamo energiu svetla (fotónov) na elektrickú energiu. Od vývoja prvého použiteľného článku s účinnosťou približne 6 % prešlo šesťdesiat rokov a dnešné fotovoltické články sa stávajú postupne atraktívnymi a konkurencieschopnými energetickými zdrojmi.
Napriek tomu, že fotovoltika zaznamenáva rozmach až posledné dve desaťročia, nejde o žiadnu novinku. Svoju históriu začala písať ešte v roku 1839, keď francúzsky fyzik Antoine César Becquerel, spolupracujúc so svojím synom Alexandrom Edmondom, objavili a popísali fotoelektrický efekt. Na elektródach ponorených do elektrolytu pozorovali zmeny napätia v závislosti od slnečného žiarenia. Prvý solárny článok z roku 1883 tvoril pozlátený selénový polovodič, pričom mal účinnosť len 1 %. Prvý monokryštalický kremíkový solárny článok s účinnosťou 6 % vyrobila v roku 1954 spoločnosť AT&T Bell Laboratories. Vývoj článkov potom prešiel od objemových materiálov cez tenkovrstvové štruktúry k tzv. fotovoltike tretej generácie.
Generácie fotovoltiky
Do prvej generácie fotovoltických článkov teda patria články z kryštalických materiálov, najmä kremíka, prípadne germánia alebo arzenidu gália. Hlavnou výhodou tejto skupiny je dobre zvládnutá technológia, robustnosť a časová stálosť elektrických a mechanických vlastností. Účinnosť článkov prvej generácie sa pohybuje od 12 do 17 %, najlepších až nad 20 %. Je to skupina článkov, ktorých vývoj sa začal v päťdesiatych rokoch minulého storočia. Články druhej generácie vychádzajú z požiadavky znížiť výrobné náklady. Materiály hrubé stovky mikrometrov sa dajú nahradiť desať- až stokrát tenšou absorpčnou polovodičovou vrstvou. Ide o tzv. thin-film technológie. Zmenšenie hrúbky polovodiča je nevyhnutné vynahradiť inými úpravami, aby sa zachovala schopnosť maximálne pohlcovať svetlo. Najčastejšie ide o modifikácie kremíka (mikrokryštalický, polykryštalický a amorfný), prípadne ďalšie materiály. Daňou za nižšie výrobné náklady je však menšia účinnosť (asi 6 až 10 % pre amorfný kremík, pre kadmium-telurid – CdTe je 19 %), kratšia životnosť a nestabilita elektrických vlastností.
Viac sa dočítate v časopise Quark (číslo 8/2014).
Autori: Ing. Milan Perný, PhD., doc. Ing. Vladimír Šály, PhD.
Fakulta elektrotechniky a informatiky, Ústav elektroenergetiky a aplikovanej elektrotechniky, STU, Bratislava
Foto a ilustrácie autori
Uverejnila: ZČ