Solární články ze špinavého křemíku

V době blížící se energetické krize se stupňuje zájem o alternativní zdroje energie. Mezi ně patří i solární články. Základní surovinou pro jejich výrobu je zcela čistý křemík. Ten je však velmi drahý. Méně čistý křemík má nevhodné vlastnosti. Nyní vědci přišli na to, jak i špinavý křemík v solárních článcích využít.

Jak fungují solární články?

Credit: UC Berkley

Solární články jsou v podstatě velké série fotodiod s velkou plochou PN přechodu. Velmi zjednodušeně řečeno, když foton světelného záření dopadne do oblasti PN přechodu, vyrazí nějaký elektron ze svého místa a vznikne nový pár elektron-díra. Ty jsou díky PN přechodu odděleny, takže se elektron nemůže vrátit zpět do "své" vlastní díry. Vzniká tak elektrické napětí a při zapojení zátěže, začne solární článek produkovat proud. Běžná účinnost přeměny světla na elektrickou energii se pohybuje kolem 15 %.

Nové zpracování špinavého křemíku

V současnosti se výrobě solárních článků využívá vysoce čistý křemík, nebo je nutné ten špinavý nákladně čistit. V běžně znečištěném křemíku jsou nečistoty velmi drobné a jsou rovnoměrně rozptýleny v celém objemu. Elektrony a případně také fotony do nich tudíž často narážejí, a tak se zpomalují (ztrácejí svou energii). Snižuje se účinnost solárního článku. Nový postup spočívá v tom, že křemíkovou taveninu ochlazujeme velmi pomalu. Dosáhneme toho, že nečistoty vykrystalizují ve větších kusech na méně místech. Nebudou tak hustě rozšířeny v objemu materiálu, a tudíž nebudou tak bránit elektronům v pohybu. Střední volná dráha elektronu v křemíku se po této úpravě prodloužila až čtyřikrát. Při pomalém ochlazování také vznikají větší krystaly křemíku, což zvyšuje účinnost přeměny záření na elektrickou energii.

Objev přichází pozdě

Nějak se mi nezdá, že by toto vylepšení zpracování křemíku bylo novým objevem. Pokud ano, jednalo by se o následek trestuhodné ignorace spolupráce mezi vědními obory. Každý lepší student prvního ročníku strojní fakulty, by vám jistě poradil, že když chcete nečistoty v materiálu mít na méně místech ve větších částečkách, musíte taveninu ochlazovat velmi pomalu. Zjistit nebo vědět to, že větší částečky nečistot, tolik nebrání pohybu elektronů, je věc fyziků. Kdyby se znalosti fyzika a materiálového inženýra spojily, mohl by se špinavý křemík již dávno používat. Nejspíš to nebude tak jednoduché. Zájem o špinavý křemík pravděpodobně způsobil už nárůst ceny čistého křemíku o 800 % v posledních letech.

Další články speciálu Energetická krize:

• Úsporné žárovky – 9. 1. 2006
• Vstřikování vody do motoru – 7. 1. 2006
• Plastové solární články s vyšší účinností – 17. 10. 2005
• Vodík vyrobíme v autě a budeme tankovat vodu – 13. 9. 2005
• Palivové články pro přenosná zařízení – 30. 8. 2005
• Solární články ze špinavého křemíku – 22. 8. 2005
• Těžba ropy na Aljašce asi projde – 15. 8. 2005
• Kanada je nová ropná velmoc – 3. 8. 2005
• Slunečnicový olej pro výrobu vodíku – 25. 8. 2004