A napenergia hasznosítása kulcsfontosságú a fenntartható jövő szempontjából, azonban a jelenleg domináns szilíciumalapú napelemek gyártása és ártalmatlanítása környezeti kihívásokat rejt. Évtizedek óta folynak kutatások alternatív megoldások után, amelyek hatékonyabbak, olcsóbbak és környezetkímélőbbek lehetnek. A szerves napelemek régóta ígéretes alternatívát jelentenek, mivel potenciálisan olcsón, nagy mennyiségben gyárthatók, ráadásul könnyűek és rugalmasak lehetnek. Eddigi legnagyobb hátrányuk azonban az alacsony energiaátalakítási hatékonyság volt.
Most azonban japán kutatók jelentős áttörést értek el ezen a területen. Egy általuk kifejlesztett új típusú szerves napelem lenyűgöző, 8,7 százalékos hatékonyságot mutatott, ami több mint kétszerese az eddigi, hasonló technológiával elért körülbelül 4 százalékos csúcsértéknek. Ez a figyelemre méltó előrelépés új lendületet adhat a szerves fotovoltaikus technológiák fejlesztésének és közelebb hozhatja azok széleskörű alkalmazását. A kutatás eredményeit az elismert Advanced Functional Materials tudományos folyóiratban publikálták.
A siker kulcsa egy innovatív megközelítésben rejlik, amely teljes egészében szénalapú, azaz szerves anyagokra épít. Korábban a szerves cellák hatékonyságát gyakran korlátozták az elektródák tulajdonságai. A magas hatásfokhoz ugyanis kiváló vezetőképességű és egyben átlátszó elektródákra van szükség. Míg a hagyományos napelemeknél erre fémoxidokat (pl. indium-ón-oxidot) használnak, ezek drágák, ridegek és előállításuk sem feltétlenül környezetbarát. A szerves elektronikában használt vezető polimerek pedig sokszor érzékenyek és nehezen rétegezhetők.
A japán csapat ezt a problémát úgy hidalta át, hogy speciális, átlátszó szerves elektródákat fejlesztettek ki. Ehhez egy PEDOT nevű, jól ismert vezető polimert használtak optimalizált formában. Ennek a megoldásnak hatalmas előnye, hogy a gyártási folyamat sokkal környezetbarátabb: nincs szükség extrém magas hőmérsékletre vagy toxikus anyagok felhasználására, ellentétben sok hagyományos félvezetőgyártási eljárással. Emellett kidolgoztak egy új laminálási technológiát is, amely lehetővé teszi a vékony szerves rétegek precíz és sérülésmentes egymásra helyezését, megkönnyítve a komplex cellaszerkezet kialakítását.
Bár a 8,7 százalékos hatékonyság jelentős ugrás a szerves napelemek világában, fontos kontextusba helyezni. A kereskedelmi forgalomban kapható szilíciumalapú napelemek hatékonysága ma már meghaladja a 20-22 százalékot, laboratóriumi körülmények között pedig 27 százalék körüli értékeket is elértek már velük. A szintén ígéretes perovszkit napelemek pedig a 26 százalékos hatékonyságot is megközelítik. A szerves napelemeknek tehát van még hova fejlődniük a tiszta energiaátalakítási ráta terén.
Azonban a szerves technológia más előnyökkel kompenzálhat. Mivel teljes egészében szerves anyagokból épülnek fel, ezek a cellák rendkívül könnyűek és rugalmasak lehetnek. Ez új alkalmazási területeket nyithat meg, például épületek homlokzatába vagy akár textíliákba integrált napelemeket, hordozható töltőket, vagy olyan helyeken történő telepítést, ahol a hagyományos, merev és nehéz panelek nem használhatók. A könnyebb súly és rugalmasság a telepítési költségeket is csökkentheti.
A kutatók nem állnak meg itt; céljuk a hatékonyság további növelése és a technológia stabilitásának javítása, hogy az közelebb kerüljön a kereskedelmi hasznosításhoz. Ez a fejlesztés egy fontos lépés afelé, hogy a napenergia-termelés még sokoldalúbbá és fenntarthatóbbá váljon, kihasználva a szerves anyagokban rejlő egyedi lehetőségeket egy tisztább energiajövő érdekében.
