Jak fungují perovskitové solární články a proč na nich záleží

Materiál, který budí rozruch

Křemík pohání solární průmysl již více než půl století. Nyní tuto nadvládu zpochybňuje třída krystalů s nevyslovitelným názvem. Perovskit se nevztahuje na jedinou látku, ale na rodinu materiálů, které sdílejí specifickou krystalovou strukturu – stejné uspořádání ABX₃, které bylo poprvé pozorováno v minerálním titanátu vápenatém v 30. letech 19. století. V solárních článcích je perovskitový absorbér typicky sloučenina halogenidu olova, navržená na atomární úrovni tak, aby zachycovala sluneční světlo s výjimečnou účinností.

Perovskity jsou tak atraktivní díky kombinaci vlastností, kterým se křemík sám o sobě nemůže rovnat: laditelná šířka zakázaného pásma, silná absorpce světla, vysoká mobilita nosičů náboje a – což je zásadní – možnost výroby pomocí relativně jednoduchých procesů při nízkých teplotách. Křemíkové pláty vyžadují energeticky náročné pece pracující při teplotách nad 1400 °C. Perovskitové vrstvy lze nanášet z kapalného roztoku, spíše jako tisk než tavení.

Jak perovskitový článek přeměňuje sluneční světlo na elektřinu

Fyzika je podobná jako u jakéhokoli fotovoltaického článku. Když foton ze slunce dopadne na perovskitovou absorpční vrstvu, excituje elektron a vytvoří to, co fyzici nazývají pár elektron-díra. Elektron nese záporný náboj; díra (volné místo, které zanechává) se chová jako kladný náboj. Vrstvy selektivních kontaktů na obou stranách absorbéru oddělují tyto nosiče dříve, než se mohou rekombinovat – elektrony proudí jedním směrem, díry druhým – a generují tak využitelný elektrický proud.

Perovskity se odlišují tím, jak jsou tolerantní. Křemíkové články rychle ztrácejí účinnost, pokud krystal obsahuje nečistoty nebo strukturální defekty. Perovskity jsou k takovým nedokonalostem pozoruhodně tolerantní. Výzkum publikovaný v roce 2026 zjistil, že přirozené sítě doménových stěn uvnitř perovskitové mřížky fungují jako vnitřní elektrická pole, oddělují nosiče náboje a umožňují transport na velké vzdálenosti i v nedokonalých krystalech – což je klíčový důvod, proč perovskity během výroby překonávají svá očekávání.

Další výhodou je laditelnost šířky zakázaného pásma. Úpravou chemického složení perovskitu – výměnou různých halogenidů, jako je jód, brom nebo chlor – mohou inženýři upravit, které vlnové délky světla materiál absorbuje nejúčinněji. To je něco, co křemík prostě nedokáže.

Příběh o účinnosti: Od 3,8 % do 34 %

Když japonský chemik Tsutomu Miyasaka v roce 2009 poprvé demonstroval perovskitový solární článek, přeměnil pouze 3,8 % slunečního světla na elektřinu. Do roku 2025 překonaly jednočlánkové perovskitové články v certifikovaných laboratorních podmínkách 27 % – rekordní tempo zlepšování, kterému se nevyrovná žádná jiná fotovoltaická technologie v historii.

Větší vzrušení panuje kolem tandemových článků, které vrství perovskitovou vrstvu na křemíkový článek. Protože oba materiály absorbují různé části slunečního spektra, tandemové zařízení zachytí z každého fotonu více energie. Perovskitovo-křemíkové tandemy dosáhly v laboratorních podmínkách účinnosti 34,85 %, čímž pohodlně překračují praktický strop křemíkového článku (kolem 26–27 %).

Komerční produkty nejsou daleko pozadu. Britská společnost Oxford PV začala koncem roku 2024 dodávat tandemové panely s účinností 24,5 % pro projekty v USA v měřítku veřejných služeb. Čínská společnost UtmoLight oznámila na začátku roku 2025 účinnost 18,1 % v měřítku modulu na pilotní lince o výkonu 150 MW – čísla, která by se před deseti lety zdála nemožná.

Výzvy, které přetrvávají

Navzdory titulkům čelí perovskitová technologie třem tvrdohlavým překážkám, než bude moci nahradit nebo smysluplně doplnit křemík ve velkém měřítku.

• Životnost. Křemíkové panely běžně nesou 25letou záruku. Perovskitové články se rozkládají rychleji, zejména při vystavení vlhkosti, teplu a dlouhodobému UV záření. Techniky zapouzdření se rychle zlepšují, ale dlouhodobá data z terénu jsou stále nedostatečná.
• Toxicita olova. Většina vysoce účinných perovskitů obsahuje olovo. Rozbitý panel by mohl vyluhovat olovo do půdy nebo vody, což vyvolává regulační a environmentální obavy. Vědci zkoumají alternativy bez olova s použitím cínu nebo vizmutu, ale ty výrazně zaostávají v účinnosti.
• Škálování z laboratoře do továrny. Laboratorní článek o velikosti nehtu je mnohem snazší vyrobit dokonale než komerční modul o ploše jednoho metru čtverečního. Komerční panely společnosti Oxford PV dosahují účinnosti 24,5 %, což je výrazně pod jejich certifikovaným laboratorním rekordem 28,6 % – což ilustruje, jak obtížné je udržet výkon ve velkém měřítku.

Proč na této technologii záleží pro energetickou transformaci

Úřad pro solární energetické technologie Ministerstva energetiky USA označil perovskity za prioritní oblast výzkumu právě proto, že by mohly dramaticky snížit náklady a zvýšit výkon solárních instalací. Japonsko si stanovilo národní cíl 20 gigawattů elektřiny vyrobené z perovskitů do roku 2040.

Pokud budou vyřešeny problémy s životností a toxicitou – a tempo pokroku naznačuje, že se to nakonec stane – perovskitové solární články by mohly učinit solární energii levnější, lehčí a všestrannější než kdy dříve. Flexibilní perovskitové vrstvy by mohly pokrýt zakřivené povrchy, střechy vozidel nebo fasády budov, kam se tuhé křemíkové panely nedostanou. Ve světě, který závodí o dekarbonizaci svého energetického zásobování, se tato flexibilita může ukázat stejně cenná jako samotné zvýšení účinnosti.