Rekordní účinnost přeměny sluneční energie v palivo

Bez Slunce by nebyla ani fosilní paliva, která (dočasně) umožňují existenci rozmazlené a plýtvající „západní civilizace“. Žít věčně z konečných zásob ovšem nelze. Řešením může být – když pomineme jadernou energii – účinné přímé využití světelné energie proudící ze Slunce. Přes stálé zdokonalování slunečních kolektorů (využívajících sluneční energii na ohřev vody) a fotovoltaických článků (přeměňujících v polovodičových materiálech energii fotonů na elektrický proud) je využití sluneční energie stále okrajovou záležitostí.

Významný krok na cestě k lepší účinnosti přeměny sluneční energie na skladovatelnou a použitelnou formu se zdařil coloradským vědcům z Národní laboratoře pro obnovitelnou energii v Goldenu (Science 280, 425, 1998).

Zařízení produkuje přímo vynikající a dobře skladovatelné palivo – vodík. Rozklad vody na vodík a kyslík se běžně provádí dvěma elektrodami připojenými na zdroj elektrického proudu. Zde je však jedna z elektrod nahrazena zvláštním typem fotovoltaického článku, takže elektrolýza probíhá bez připojení k vnějšímu zdroji energie – stačí jen osvětlovat polovodičovou elektrodu. Spojení elektrolytické vany s fotovoltaickým článkem nebylo jednoduché. Potíže byly s nalezením polovodičového materiálu, který by dobře absorboval světlo, byl dostatečně stabilní ve vodě a měl vhodné energetické hladiny. Řešením se stala tandemová fotovoltaická cela. Vrchní vrstva je tvořena polovodičovou slitinou GaInP, která je stabilní ve vodě, absorbuje dobře ultrafialovou a viditelnou část slunečního spektra a vodivostní elektrony v ní mají vhodnou energii pro vytváření vodíku. Spodní část cely tvoří p-n přechod v GaAs, který absorbuje světlo v blízké infračervené oblasti. Při osvětlení cely jsou pohlcovány fotony za uvolňování pohyblivých nosičů náboje, které mají vhodnou energii k rozštěpení molekuly H₂O.

Zavírání tepelných elektráren však zatím není na programu. Popisované zařízení produkuje totiž vodík za cenu asi třikrát vyšší než běžné technologie. Cenu zvedá hlavně drahá polovodičová cela, vyrobená z III-V polovodičů, sloučenin prvků 3. a 5. skupiny periodické tabulky. (Fotovoltaické články z III-V polovodičů se používají především v kosmické technice, kde je hlavní účinnost a stabilita článků – cena tolik nerozhoduje.) A tak se nyní hledají levnější fotovoltaické cely s podobnými nebo lepšími vlastnostmi.