Solární články lze vyrobit ze dřeva

Všechny fototrofní organismy včetně rostlin zachycují sluneční záření a následně jej mění na energii potřebnou pro svůj růst. Zázrak přírody, který na Zemi probíhá již více než miliardu let. Na podobném principu fungují i solární fotovoltaické články. Nový výzkum ukazuje, že solární články nové generace lze vyrobit ze dřeva, přesněji z jeho hlavní složky, celulózy. Články tudíž mohou být snadno recyklovatelné.

Vědci z Technologického Institutu v Georgii pod vedením profesora Bernarda Kippelena ve spolupráci s Purdue Univerzitou takový solární článek zkonstruovali. Při výrobě využili jedinečných vlastností nanocelulózy. Jedná se o uměle vytvořený biopolymer složený z tenkých vláken celulózy o tloušťce 5-20 nanometrů a délce až několik desítek mikrometrů (Obr. 1), ze kterého lze vytvořit velmi tenké a pevné folie.

Výsledky výzkumu publikoval vědecký tým v březnovém čísle časopisu  Scientific Reports. Výhodou použití nanocelulózy je její vysoká propustnost (transparentnost) pro sluneční záření, které je poté zachyceno na organochemickém elektrodovém semikonduktoru. Nové solární články vykazují účinnost 2.7%, což je v kategorii článků založených na bázi obnovitelných materiálů rekordní číslo.

Co se stane se solárním článkem po skončení jeho životnosti? Rozpustí se…

„Pokud se přiblíží konec životnosti našeho solárního článku, rozpustíme ho jednoduše ve vodě a organickém rozpouštědle. Náš článek při pokojové teplotě ponoříme do destilované vody a poté do organického rozpouštědla chlorbenzenu. Během pár minut dojde k rozpuštění nanocelulózy i ostatních částí solárního článku. “ říká profesor Bernard Kippelen.

Doposud jsou součásti solárních panelů vyráběny ze skla, plastu a hliníku. Zatímco procesy likvidace domácích elektrospotřebičů, televizorů a počítačů jsou víceméně vyřešeny nejen technologicky, ale i ekonomicky, fotovoltaice takový systém zatím schází. V roce 2008 se v Evropě zlikvidovalo už 3800 tun solárního odpadu. Předpoklady pro Evropu přitom počítají až s čtyřnásobným meziročním nárůstem fotovoltaického odpadu, a to až do hmotnosti 40 000 tun za rok. Trh s fotovoltaikou tedy zoufale potřebuje jednak účinnou likvidaci vysloužilých panelů ale také novou technologii výroby solárních článků.

Profesor Kippelen poukazuje na výhody solárních článků nové generace: „Důležité je, aby byly tyto solární články snadno recyklovatelné. Jinak řešením jednoho problému -  závislosti na fosilních palivech, vytváříme další tím, že produkujeme odpad v podobě starých a nepoužitelných solárních článků. Náš tým vytvořil první efektivní a snadno recyklovatelný solární článek.“ Solární články založené na organických materiálech doposud trpěly několika zásadními nedostatky: materiál měl velkou porozitu a hrubý povrch, což velmi snižovalo účinnost. Až použití nanocelulózy poskytlo kýžené vlastnosti. Hrubost povrchu folie z nanocelulózy není větší než několik nanometrů a má vysokou transparentnost (Obr. 1).

Solární články nové generace se neustále vylepšují a otevírají tím širší spektrum využití. „Naším cílem je dosáhnout vyšší účinnosti článku. Pokud optimalizujeme optické vlastnosti elektrody, mohli bychom překročit hranici 10%, což je účinnost srovnatelná se solárními články vyráběných klasickou technologií. Chtěli bychom také naše články obalit do materiálů, které budou tenké, budou chránit solární článek před vodou a kyslíkem a samozřejmě budou recyklovatelné,“ doplňuje prof. Kippelen.

Vědci z Technologického Institutu věří, že sériová výroba solárních článků nové generace bude možná během pěti let.

Autor: Ing. Jiří Bárta, Ph.D.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použité zdroje:

Zhou Y et al. (2013). Recyclable organic solar cells on cellulose nanocrystal substrates. Scientific Reports 3. doi:10.1038/srep01536 ----

http://www.gatech.edu/newsroom/release.html?nid=201941&clearcache=1

http://www.materialstoday.com/view/31511/solar-cells-from-trees/