Könnyű, hajlékony napelemek műanyag fólián<br/>

Egy új, 25 mikronnál vékonyabb napelem hatásfoka 12,8 százalék, flexibilis és súlya csekély. Ez utóbbi miatt ideálisnak látszik űrbeli alkalmazásokra: összetekercselve szállítható, és a szerkezeti elemekre felragasztható.

A napfényt elektromos energiává alakító napelemek első, és ma is nyolcvan-kilencven százalékban használt nemzedéke a chipek készítéséhez használt kristályos szilíciumból áll. Ennek hátránya, hogy más félvezetőknél rosszabbul abszorbeálja (köti meg) a fényt, és ezért a jó, 13-15 százalékos hatásfok eléréséhez néhány tizedmilliméter vastagságú lemezkéket kell használni, tehát viszonylag sok kell az anyagból. Ez a kristályos szilícium ára miatt drágává teszi a napelemet, s ezen keresztül a vele előállított áramot: amerikai adatok szerint egy kilowattóra korszerű hőerőművel 1, napelemmel 7 dollárcentbe kerül.

Húsz éve foglalkoznak már a vékonyréteges napelemek kifejlesztésével, amelyekben a félvezetőréteg csak néhány mikrométer vastagságú. A jelenleg gyártott vékonyréteg-napelemek amorf szilíciummal készülnek, de ezek hatásfoka 10 százalék alatti. Újabban más félvezetőkkel is próbálkoztak. Közülük különösen kedvezőnek látszik a réz-indium-gallium-diszelenid, amelyből egy mikrométeres réteg is elég a napfény energiája 12-14 százalékának elektromos energiává alakításához. Az Egyesült Államokban már gyártanak CIGS-napelemeket, Németországban az idén kezdik előállításukat.

CIGS-napelem keresztmetszete és pásztázó elektronmikroszkóppal készült képe.

A CIGS-napelemek hordozóanyaga közönséges síküveg. Gyártáskor a hordozóra az áram alsó kivezetőjének vákuumban vékony molibdén-réteget visznek fel. Erre gőzölik rá ugyancsak vákuumban 450-500 Celsius-fokon a CIGS-réteget, majd a félvezetőként szolgáló kadmium-szulfid-, végül a felső áramelvezető cinkoxid réteget. Véletlenül jöttek rá, hogy az üvegnek más szerepe is van; a felvitelkor alkalmazott magas hőmérsékleten az üvegből nátriumionok diffundálnak az aktív rétegbe, és ezek akadályozzák meg a szemcsék méretének változását, a réteg passziválódását. Ez abból derült ki, hogy amikor kevés nátriumot tartalmazó üveget használtak alapnak, a napelem tulajdonságai kedvezőtlenek lettek.

A Zürichi Műszaki Egyetem (ETH) Vékonyréteg-fizikai és Kvantumelektronikai Intézetében két évi munkával mégis sikerült jó hatásfokú, flexibilis CIGS-napelemeket előállítani üveg hordozó nélkül, húsz mikrométer vastagságú poliimid fóliára. Ez az anyag 450 Celsius-fokig nem bomlik el, de ezen a hőmérsékleten mechanikai szilárdsága nincs, ezért alkalmatlan volna hordozónak. A problémát úgy oldották meg, hogy üveglemezre először egy nátrium-klorid réteget vittek fel, erre centrifugálták rá a poliimid filmet, majd a leírt módon a szokásos rétegeket. Végül a lemezt vízbe mártották, amikor a nátrium-klorid kioldódott, és a polimerfólia a rajta lévő rétegekkel leválasztható volt az üvegről. Az így kapott, összesen 25 mikronnál vékonyabb napelem hatásfoka 12,8 százalék, flexibilis és súlya csekély. Ez utóbbi miatt ideálisnak látszik űrbeli alkalmazásokra: a fólia összetekercselve szállítható, és a felhasználás helyén (az űrben) meglévő szerkezeti elemekre felragasztható. A Boeing űrkutató laboratóriumában már megállapították, hogy ugyanolyan jól ellenáll a nagyenergiájú sugárzásoknak, mint a kristályos szilícium.

(Élet és Tudomány)

Ajánló: