1. Ako robiť solárne články premieňať svetelnú energiu na elektrickú energiu? Solárny článok je zariadenie, ktoré prostredníctvom fotoelektrického javu premieňa energiu slnečného žiarenia na elektrickú energiu. Pri slnečnom svetle vytvorí čip fotovoltaického článku (Photovoltaic Cell), hlavná zložka solárneho článku, fotoelektrický efekt. Tento efekt je založený na elektronických prechodoch v polovodičových materiáloch. Keď fotóny dopadnú na povrch polovodiča, excitujú elektróny v materiáli a vytvárajú elektrický prúd. Jedným z najbežnejších typov solárnych článkov sú solárne články na báze kremíka, v ktorých kombinácia kremíka typu p a typu n vytvára polovodičové rozhranie, ktoré podporuje tok elektrónov v materiáli a v konečnom dôsledku vytvára elektrický prúd.
Aby sme lepšie pochopili, ako fungujú solárne články, môžeme si vziať ako príklad monokryštalické kremíkové solárne články. Tento typ solárnych článkov využíva vysoko čisté monokryštálové kremíkové doštičky, ktoré majú usporiadanú a úplnú kryštálovú štruktúru, ktorá uľahčuje tok elektrónov. Keď slnečné svetlo dopadá na povrch solárneho článku, fotóny excitujú elektróny v kremíkovej mriežke a vytvárajú páry elektrón-diera. Optimalizáciou mobility elektrónov materiálu a zvýšením účinnosti absorpcie svetla sa vedci snažia zlepšiť celkový výkon solárnych článkov a urobiť ich vhodnejšími pre rôzne podmienky prostredia.
2. Problémy s účinnosťou solárnych článkov: Ako zlepšiť účinnosť premeny energie solárnych článkov?
Účinnosť solárnych článkov bola vždy horúcou témou výskumu, pretože zlepšenie účinnosti priamo súvisí s hospodárnosťou a realizovateľnosťou solárnych článkov v praktických aplikáciách. Na vyriešenie tohto problému vedci urobili veľa inovácií v dizajne solárnych článkov a výbere materiálu.
Kľúčovou inováciou sú viacštruktúrne solárne články, ako napríklad solárne články Huge Solar. Tento dizajn zlepšuje účinnosť absorpcie svetla usporiadaním viacerých spektier rôznych rozsahov vlnových dĺžok na seba, čím sa zlepšuje účinnosť konverzie celého batériového systému. Napríklad niektoré tandemové solárne články dosahujú širšie spektrum absorpcie kombináciou kremíkových solárnych článkov a perovskitových solárnych článkov, čím sa zvyšuje celková účinnosť.
Pokiaľ ide o materiály, vývoj nových materiálov tiež poskytuje možnosť zlepšiť účinnosť solárnych článkov. Napríklad perovskitové solárne články pritiahli veľkú pozornosť vďaka ich vynikajúcemu výkonu fotoelektrickej konverzie. Solárne články na báze organicko-anorganických halogenidových perovskitových materiálov dosiahli v laboratóriu vysokú účinnosť konverzie, čo inšpirovalo k rozsiahlemu výskumu ich potenciálu pre komerčné aplikácie.
Vzostup solárnych článkov v oblasti obnoviteľnej energie je zrejmý, ale stále čelí určitým výzvam, pričom jednou z hlavných výziev sú otázky stability a dlhovekosti. Výkon solárnych článkov môže byť ovplyvnený extrémnymi klimatickými podmienkami a problémom, ktorý treba riešiť, je aj degradácia počas dlhodobého používania. Na riešenie týchto výziev vedci pracujú na vývoji stabilnejších materiálov solárnych článkov a výrobných technológií s cieľom zlepšiť ich spoľahlivosť a odolnosť v rôznych prostrediach.
V budúcom smerovaní vývoja je v oblasti solárnych článkov trendom postupné smerovanie k udržateľnosti a ochrane životného prostredia. Výskumníci sa nezameriavajú len na reprodukovateľnosť samotných batérií, ale pracujú aj na znížení vplyvu výrobného procesu na životné prostredie. Napríklad priemysel solárnych článkov sa môže stať udržateľnejším prijatím ekologickejších výrobných procesov a znížením závislosti od obmedzených zdrojov.
Solárne články čelia obrovským príležitostiam uprostred neustálych výziev a inovácií. Očakáva sa, že vďaka pokračujúcemu výskumu a technologickým inováciám budú solárne články hrať dôležitejšiu úlohu v budúcom energetickom systéme a budú poskytovať čisté a udržateľné energetické riešenia pre ľudstvo.
