Napelem nanokristályokkal

Az apró nanokristályok már a közeli jövőben fontos szerephez juthatnak a mostaniaknál nagyobb hatásfokú harmadik generációs napelemcellák (táblák) előállításában. Ebbéli kedvező fizikai adottságaik elméleti igazolására, illetve az optimális cellaszerkezet kialakításához szükséges algoritmusokat Gali Ádám és kutatócsoportja fejlesztette ki az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Szilárdtest-fizikai és Optikai Intézetében, ahol a legkorszerűbb szuperszámítógépeken tudják futtatni az elkészült prog­ramokat. A tudományos eredményeket a tervek szerint hamarosan közzéteszik.

A kutatás vezetője kérdésünkre elmondta, hogy reményei szerint az úttörő számítási módszerek jelentősen hozzájárulhatnak ahhoz, hogy akár már néhány éven belül létrehozhatók legyenek olyan, kis költséggel gyártható nanokristályos napelemek, amelyek közel 10 százalék körüli hatásfokkal termelhetnek áramot. Elméletileg jóval nagyobb hatásfok is elérhető lenne, de ehhez még nagyon sok anyagtudományi problémát kell megoldani. Az új technológia közeli piaci hasznosításával kapcsolatos várakozása nem minden alap nélküli, hiszen – egyedüli külföldi csapatként – aktívan részt vesz a Kaliforniai Egyetem (UC) Davis és Santa Cruz Campusán belül folyó ígéretes napelemes nanokristály- és eszközkutatásban, ami már az elmélet gyakorlatba ültetését is szolgálja.

Gali Ádám kutatócsoportja 2010-ben alakult az MTA által egy évvel korábban indított, immár a kormány által is pénzelt „Lendület” programon belül. A napelemek mellett a biológiai jelzőrendszerekre is kiterjed az akadémiai kutatók tevékenysége. Napelemes kutatásaik finanszírozásához jelenleg évi ötmillió forinttal járul hozzá az MVM Magyar Villamos Művek Zrt. is. A három évre kötött támogatási szerződés a jövő nyáron lejár, azonban kölcsönös szándék esetén meghosszabbítható.

A napelemek villamosenergia-termelő hatásfoka lényegesen növelhető olyan nanokristály-szerkezetű ultravékony táblák alkalmazásával, amelyekben a beérkező fénykvantumok (fotonok) egyenként több töltéshordozót képesek létrehozni szemben a hagyományos szerkezetű napelemcellákkal, ahol a beeső foton energiájának nagy része elvész hőként távozva.

A hatásfok gazdaságos növelése ugyanakkor nélkülözhetetlen a napenergia széles körű hasznosításához. Mindez azért is fontos, mert a jelenlegi, legfrissebb becslések szerint a napenergiából potenciálisan legalább ezerszer annyi villamos energia nyerhető ki a világon, mint az összes többi megújulóenergia-forrásból együttvéve.