Hledání účinnějších a cenově dostupnějších řešení v oblasti solární energie vedlo k převratnému objevu: černému křemíku. Tento materiál, který se vyznačuje lepší absorpcí světla, se zjevně chystá změnit solární trh. Nedávný vývoj odhalil více informací o něm a jeho možném využití, které znamenají revoluci v oblasti obnovitelných zdrojů energie.
Černý křemík se vyrábí strukturováním základního křemíkového materiálu s tvorbou důlků nebo vrcholků o rozměrech v nanoměřítku. Tyto mikroskopické prvky mění vzhled a odstín materiálu z šedé na černou a zvyšují kapacitu při zachycování světla. Tato zvýšená absorpce světla je důležitá pro zvýšení účinnosti solárních článků, aby zachytily více dostupných vlnových délek světla.
Nedávno pracovníci Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) navrhli nový teoretický rámec pro depozici černého křemíku pomocí fluorového plynu. Jejich práce ukazuje, že fluor selektivně štěpí křemíkové vazby způsobem, který zajišťuje optimální strukturu pro zachycení světla. Tento objev pomůže položit základ pro zdokonalení výroby černého křemíku, čímž se tento proces zlevní a zefektivní.
Černý křemík překonává tradiční materiály
Ukázalo se také, že tradiční křemíkové solární články mají některé nevýhody, které souvisejí s vysokou odrazivostí, což vede ke ztrátám slunečního světla. Naproti tomu povrch černého křemíku je tvořen malými strukturami, které snižují odrazivost pod 2 % dopadajícího světla. Tato vysoká účinnost absorpce umožňuje černému křemíku přeměňovat sluneční světlo na elektřinu s ještě vyšší účinností, a proto je černý křemík mnohem vhodnějším materiálem pro novou generaci solárních panelů.
Díky většímu počtu struktur zachycujících světlo navíc černý křemík umožňuje vývoj tenčích solárních článků se srovnatelnou účinností. To snižuje náklady na výhodu materiálu, protože umožňuje lepší konstrukci solárních panelů, jejich nízkou hmotnost a snadnou instalaci, čímž se rozšiřuje využitelnost solární technologie na domácí a přenosné solární přístroje.
Revoluce ve výrobních technikách
Jednu skvělou studii, která by mohla pomoci, provedla PPPL, kde tým zkoumá fluorový plyn pro leptání křemíku. Specifická reaktivita fluoru může inženýrům a výrobcům pomoci efektivně a stabilně uspořádat infrastrukturu způsobenou atomy křemíku v přesné nanostruktuře. Tato metoda je lepší než starší složité metody z hlediska čistoty a racionality výrobních nákladů.
Tato inovace není v mnoha ohledech specifická pouze pro aplikace solární energie. Atomové inženýrství povrchu by mohlo představovat také technologický růst v mikroelektronice a kvantových zařízeních, které nabízejí jedinečné optické a elektronické otevření nových materiálových systémů. Takové úspěchy ukazují obecné uplatnění úspěchu výroby černého křemíku v technologii.
Cesta pro další generaci využití obnovitelné energie
Soudě podle pokroku černého křemíku jsou vyhlídky komerčních solárních panelů poskytujících vysoce účinnou solární energii při nižších nákladech jasné. Získávají větší výkon na malé ploše, což je velmi výhodné při omezeném prostoru, jak je tomu v případě rostoucí urbanizace. Tento posun by mohl vést k většímu využívání solární energie na celém světě.
Černý křemík má potenciál snížit výrobní náklady, a proto se náklady na výrobu solárních panelů pravděpodobně zvýší, protože se zlevní a bude dostupnější pro širší okruh obyvatel. Tento globální posun v energetice může být změněn prostřednictvím černého křemíku – účinného řešení směrem k boji proti změně klimatu v oblasti obnovitelné energie.
Černý křemík proto představuje významné technologické zlepšení při využívání solární energie. Tento přizpůsobivý materiál může změnit solární panely spolu s úpravou světového energetického sektoru díky lepší absorpci světla a mnohem lepším metodám produktivity.