Jak se rodí hvězda

13.5.2019

FOTOVOLTAIKA  Společnost Saule Technologies založila nedostudovaná doktorandka. Dnes stojí na špici solární „revoluce“.

Zoom galleryOlga Malinkiewiczová slyšela o perovskitech poprvé v dubnu 2013. Polka, která v té době byla Ph.D. studentkou na univerzitě ve španělské Valencii, nemohla uvěřit, že o materiálech, ze kterých jde jednoduše v laboratoři vyrábět fotovoltaické články s poměrně slušnou účinností, nikdy předtím neslyšela. Podle toho, co se právě dozvěděla, by mělo stačit smíchat několik jednoduchých solí…

„Nemohla jsem uvěřit, že by to bylo tak jednoduché,“ řekla s ročním odstupem časopisu Nature. V té době už její malý – a nakonec úspěšný – experiment přerostl v něco mnohem většího. V roce 2014 získala evropskou cenu za inovace ve studentské kategorii. V oceněném projektu svůj „solný“ článek připravila na ohebné plastové podložce a vyrobila tak funkční ohebný fotovoltaický článek.

Po příští týdny a měsíce její telefon údajně téměř nepřestal zvonit. Jeden investor za druhým se jí ptal, zda založí vlastní firmu a zda se na tom mohou podílet. V květnu 2014 tehdy 31letá doktorandka (Ph.D. titul ještě nedokončila) tlaku „podlehla“ a založila společnost Saule Technologies. Vrátila se do Polska, pronajala si laboratoř v technologickém parku ve Wroclavi a odmítla nabídku na odprodej 10procentního podílu ve firmě za milion euro. Zřejmě dobře udělala, protože podle neoficiálních informací, které firma sama nikdy nepotvrdila, nakonec od nejmenovaného japonského investora dostala za podíl ve firmě zhruba pět milionů euro.

Jízda Saule Technologie se od té doby nezastavila. Společnost zatím stále nic nevyrábí, ale investoři i možní zákazníci ji berou velmi vážně. Chce se soustředit na fotovoltaické panely pro zvláštní použití, například do oken a na fasády budov. Nejde tedy o tradiční pevné deskové články, ale v podstatě víceméně průhledné „fólie“, které by se měly připevnit na připravené povrchy, jako jsou okna či fasády.

Zoom gallery

Saule Technologies prodala výhradní licenci na svou technologii firmě Skanska a realizovala malý pilotní projekt na fasádě kancelářské budovy ve Varšavě. Do konce roku 2019 by podle zveřejněných informací měla firma spustit vlastní prototypovou linku na výrobu větších ověřovacích sérií a v roce 2021 by údajně už první panely měly být na trhu.

Nová vlna

Saule Technologies není jediná, kdo sází na nové materiály. Na čistě perovskitové články sází řada dalším začínajících firem, například čínské Wonder Solar a Microquanta Semiconductor, a není divu. Z technologického hlediska jde o opravdu zajímavý materiál, byť se to dlouho nezdálo.

Perovskity jsou sloučeniny halogenů s kovem (jako první byly popsány sloučeniny s olovem), které lidstvo zná více než 170 let.

Ovšem jejich výzkumu se nikdo soustavně nevěnoval a významné praktické využití nemají. Až v roce 2009 – tedy jen čtyři roky před tím, než se o nich dozvěděla Malinkiewiczová – z nich japonští vědci v podstatě ze zvědavosti vytvořili solární článek, ve kterém perovskit sloužil jako barvivo, tedy materiál, který pohlcuje světlo dopadající na článek.

Měl mizernou účinnost, jen 3,5 procenta, a dokonce se vědcům ztrácel pod rukama. V článku totiž museli použít kapalný elektrolyt, který perovskit postupně rozpouštěl. Už v tu chvíli se však nabízela vize velmi levné výroby podobných článků (například sítotiskem, tedy podobně jako se tisknou například nálepky). Perovskitů je celá řada a materiáloví odborníci tušili, že by mezi nimi mělo být možné najít levné sloučeniny s vhodnými vlastnostmi, které by se daly vyrábět výrazně levněji než „čistý“ křemík.

Nasazení perovskitu by mělo umožnit nadále udržet trend postupného zlevňování solárních panelů. V poslední dekádě ceny velkých fotovoltaických parků klesly zhruba o 80 procent, viz například tato analýza. Se stávajícími technologiemi bude další zlevňování velmi obtížné. Mimochodem, pro instalace na střechách byl pokles ceny za stejné období podstatně mírnější, v celosvětovém měřítku zhruba o polovinu.

A perovskit opakovaně dokazoval, že potenciál má. Během několika mála let se účinnost článků z těchto materiálů několikanásobně zvýšila. V srpnu roku 2012 vytvořil tým ze švýcarského Lausanne články s perovskitem s účinností necelých 10 procent. V červenci roku 2013 pak rekord posunuli na 15 procent. U jiných fotovoltaických materiálů podobné zlepšení trvalo spíše desetiletí než roky.

Zoom galleryAngličané za Odrou

Vývoj se nezastavoval. Na začátku druhého desetiletí 21. století vystoupil do popředí „perovsktitové scény“ Henry Snaith z Oxfordské univerzity. Snaith představil v časopise Science první perovskitový článek, který nepotřebuje kapalný elektrolyt. Články obsahující kapalinu jsou totiž velmi nepraktické, na slunci by mohly například velmi snadno praskat.

Snaith se brzy stal další hvězdou odvětí. Veřejně prohlásil, že podle něj nebude v brzké době problém s pomocí perovskitů postavit články s účinností zhruba 20 až 25 procent. Dnes jeho vize už nabírá reálné obrysy ve společnosti Oxford PV. Jak napovídá název, jde o spin-off vzniklý na půdě Oxfordské univerzity, který od roku 2012 pracuje na komercializaci perovskitových článků (byť v roce 2010 vznikla proto, aby se věnovala výzkumu tzv. Grätzelových článků). Dnes je Oxford PV v oboru perovskitů klíčovým hráčem a vlastní v této oblasti více patentů než kterákoliv jiná firma v oboru.

Postupuje přitom jinak než Saule Technologies a demonstruje tak všestrannost technologie. V bývalém východoněmeckém Braniboru nad Havolou ve spolkové zemi Braniborsko na malé lince Oxford PV vznikají v současné době prototypy nové generace tzv. kombinovaných článků. Ty v sobě spojují klasický křemíkový článek s tenkým článkem z perovskitu.

Firma v listopadu 2018 předvedla kombinovaný křemíkovo-perovskitový článek s naměřenou účinností 28 procent (což mimochodem znamená, že samotný perovskitový článek zřejmě má účinnost ani ne 15 procent, a ještě spíše nějakých 11–12 procent). Dnes běžně dostupné křemíkové panely mají účinnost maximálně do 20 procent. Kombinovaný panel by tedy měl ze stejné plochy vyrobit zhruba o třetinu více energie. Zároveň s tím by měla klesnout cena za vyrobenou kilowatthodinu.

Jak na to

Dopadající světlo nejprve projde jednou vrstvou perovskitového materiálu, který dobře pohlcuje především světlo kratších vlnových délek, tedy směrem k modré části spektra. Naopak křemíkový článek je účinnější při absorpci světla větších vlnových délek. Obě vrstvy se tak dobře doplňují. A do budoucna by mělo být možné vrstvy dále přidávat, a zvýšit účinnost snad až ke 40 procentům, jak doufají výzkumníci (a to nejen ti z Oxford PV).

Zajímavostí je, že tandemové články pro Oxford PV představovaly „plán B“. Původně chtěla firma přijít s průhlednými perovskitovými články například do oken či na fasády budov, tedy se stejným produktem jako Saule Technologies. Nakonec ovšem dospěla k názoru, že by si to vyžádalo pět až deset let vývoje navíc, a tedy i podstatně vyšší investici do začátku, zvolila tedy bezpečnější a méně náročnou variantu.

Otázkou samozřejmě je, kolik za výkon navíc připlatíme. Společnost také tvrdí, že již má vyvinutý výrobní proces, během kterého přidání perovskitu představuje pouze jeden krok navíc v rámci výroby samotného křemíkového článku. O mnoho více nevíme. Oxford PV chce svou technologii licencovat velkým výrobcům panelů a jednání s nimi jsou samozřejmě neveřejná. Linka v Braniboru slouží jen pro vývoj, k výrobě prototypů a jako demonstrační zařízení pro případné zákazníky.

Zoom galleryRoky pozadu

Perovskitům samozřejmě nevěří všichni. I mnozí odborníci stále poukazují na to, že pro fotovoltaiku byly vhodné látky z této skupiny velmi nestabilní. Někdy dokonce tak, že se je po výrobě nepodařilo ani řádně změřit, jak rychle degradovaly. Jiné se rozkládají už na světle, což je pro fotovoltaický materiál nepříjemný handicap. Řada odborníků byla a stále je poměrně skeptická ohledně komercializace perovskitových článků.

Zastánci technologie a firmy v oboru na druhou stranu tvrdí, že se problémy s trvanlivostí zveličují a dnes už je situace jiná. Perovskity jsou velmi široká skupina látek, mezi kterými lze nalézt sloučeniny s vhodnými vlastnostmi, tedy jak účinností, tak stabilitou.

Například články Oxford PV již prošly běžnými mezinárodními testy odolnosti a trvanlivosti (tj. IEC 61215), tedy testy „zrychleného stárnutí“. Automaticky to však neznamená, že by v běžných podmínkách měly fungovat zhruba stejně dlouho jako křemíkové panely, od kterých se dnes očekává životnost zhruba 25 let. Minimálně roky by však fungovat měly.

Firmě s oxfordským rodokmenem se ovšem evidentně nepodařilo vyřešit jiný problém, a to obsah jedovatých látek v článku, konkrétně olova. Není ho mnoho (údajně zhruba 0,3 gramu na metr čtvereční), ale i když si těžko představit, že v takovém množství by mohly panely způsobit nějakou ekologickou katastrofu, z legislativního hlediska (a tedy i z pohledu uživatele) by mohlo jít o problém především při vyřazování panelů z provozu.

Pro perovskitové články bude nejspíše problematické dohánět ohromnou výhodu křemíku v instalované výrobní kapacitě. Investoři a zastánci perovskitu ovšem tvrdí, že jejich kůň by díky unikátním vlastnostem mohl náskok dohnat poměrně rychle.

Samozřejmě, stále jde o odhady a úspěch není zaručen. Na konci roku 2018 se například ocitla v nucené správě rakouská společnost Greatcell Solar, která měla téměř stejně tak „dlouhou“ tradici jako Saule Technologies nebo Oxford PV. Problémy se získáním komerčních partnerů, údajná byrokratizace procesu získávání státních výzkumných projektů a v poslední době také nešťastná smrt vedoucího šéfa výzkumu v Alpách v listopadu loňského roku ji nakonec dovedly k bankrotu. Nikdo z nás se nebude divit, když i jiné slibně rozjeté společnosti potká podobný osud. Ale zatím perovskity nic zastavit nedokázalo.

(spe)

(spe) - Svět plný energie - je magazínem vydávaným společností Lumius.

Svět plný energie > Témata > Jak se rodí hvězda

Aktuality
7.11.2019 Lomonosov na místě

AKTUALITY - První ruská plovoucí jaderná elektrárna Akademik Lomonosov dorazila na svou trvalou základnu blízko izolovaného ruského města Pevek na Čukotce, a stala se tak nejseverněji položenou jadernou elektrárnou. Rosatom má za cíl uvést elektrárnu do provozu do konce letošního roku. Společnost chce své malé plovoucí elektrárny s reaktory odvozenými od pohonných jednotek jaderných ledoborců nabízet do odlehlých oblastí, zatím ale žádné zahraniční zákazníky nemá. Mohou fungovat bez přestávky a potřeby doplnit palivo tři až pět let, elektrický výkon reaktorů je 70 MW.  celý článek

15.10.2019 Stát elektromobilů ve tmě

AKTUALITY - Zhruba milion domácností, firem, veřejných institucí a dalších odběratelů v americkém státě Kalifornie se v týdnu od 7. října ocitlo bez dodávky elektřiny. Tamní energetická společnost Pacific Gas and Electric Company (PG&E) je v několika postupných vlnách odstavovala kvůli snížení rizika vzniku lesních požárů.  celý článek

16.7.2019 Emisních povolenek znovu ubude

AKTUALITY - Přebytek emisních povolenek na trhu je podle dat Evropské komise pro 2019 stejný jako v loňském roce. celý článek

12.6.2019 177 GW obnovitelných zdrojů do provozu v roce 2018

AKTUALITY Podle Mezinárodní agentury pro energii (IEA) celkový instalovaný výkon obnovitelných zdrojů uvedených v roce 2018 do provozu činil 177 GW. celý článek

13.5.2019 Uranová kostka z válečného Německa

AKTUALITY - Fyziky z univerzity v Marylandu překvapila nečekaná anonymní zásilka, ze které se vyklubala palivová kostka z nacistického jaderného reaktoru. celý článek

  

Chcete dostávat své osobní vydání tištěného magazínu Svět plný energie?

Ano, chci

Podporujeme:

SVĚT PLNÝ ENERGIE

Webový magazín a tištěný
čtvrtletník přináší témata,
zajímavosti, rozhovory
a důležité informace nejen
ze světa plného energie.

Pro Lumius, spol. s r.o.
vydává Business Media CZ a BARIDA Agency

Redakce:
Josef Janků, Jan Gregor a další ...

Grafické zpracování:
Michael Ehrlich

Texty:
neoznačené materiály jsou redakční

Foto:
archiv firem a autorů, redakce,
Thinkstock

Kontakt:

Aktuality
7.11.2019 Lomonosov na místě

AKTUALITY - První ruská plovoucí jaderná elektrárna Akademik Lomonosov dorazila na svou trvalou základnu blízko izolovaného ruského města Pevek na Čukotce, a stala se tak nejseverněji položenou jadernou elektrárnou. Rosatom má za cíl uvést elektrárnu do provozu do konce letošního roku. Společnost chce své malé plovoucí elektrárny s reaktory odvozenými od pohonných jednotek jaderných ledoborců nabízet do odlehlých oblastí, zatím ale žádné zahraniční zákazníky nemá. Mohou fungovat bez přestávky a potřeby doplnit palivo tři až pět let, elektrický výkon reaktorů je 70 MW.  celý článek

15.10.2019 Stát elektromobilů ve tmě

AKTUALITY - Zhruba milion domácností, firem, veřejných institucí a dalších odběratelů v americkém státě Kalifornie se v týdnu od 7. října ocitlo bez dodávky elektřiny. Tamní energetická společnost Pacific Gas and Electric Company (PG&E) je v několika postupných vlnách odstavovala kvůli snížení rizika vzniku lesních požárů.  celý článek

16.7.2019 Emisních povolenek znovu ubude

AKTUALITY - Přebytek emisních povolenek na trhu je podle dat Evropské komise pro 2019 stejný jako v loňském roce. celý článek

12.6.2019 177 GW obnovitelných zdrojů do provozu v roce 2018

AKTUALITY Podle Mezinárodní agentury pro energii (IEA) celkový instalovaný výkon obnovitelných zdrojů uvedených v roce 2018 do provozu činil 177 GW. celý článek

13.5.2019 Uranová kostka z válečného Německa

AKTUALITY - Fyziky z univerzity v Marylandu překvapila nečekaná anonymní zásilka, ze které se vyklubala palivová kostka z nacistického jaderného reaktoru. celý článek

  

Chcete dostávat své osobní vydání tištěného magazínu Svět plný energie?

Ano, chci

Podporujeme:

SVĚT PLNÝ ENERGIE

Webový magazín a tištěný
čtvrtletník přináší témata,
zajímavosti, rozhovory
a důležité informace nejen
ze světa plného energie.

Pro Lumius, spol. s r.o.
vydává Business Media CZ a BARIDA Agency

Redakce:
Josef Janků, Jan Gregor a další ...

Grafické zpracování:
Michael Ehrlich

Texty:
neoznačené materiály jsou redakční

Foto:
archiv firem a autorů, redakce,
Thinkstock

Kontakt: