Dějiny fotovoltaiky

Fotoelektrický jev byl objeven v roce 1839 francouzkým fyzikem Alexandrem Edmondem Berquerelem. V roce 1876 objevili stejný efekt pro selenové krystaly pánové Wiliam G. Adams Richard E. V roce 1905 se Albertu Einsteinovi podařilo fotoelektrický jev vysvětlit za což získal v roce 1921 Nobelovu cenu za fyziku. Po mnoha rocích (během nichž bylo učiněno mnoho vynálezů a objevů) se v roce 1954 povedlo pánům Drylovi Chapinovi, Calvinu Fullerovi a Geraldu Pearsonovi vyvinout první článek s účinností vyšší než čtyři procenta. Fotovoltaické články našly první praktické použití koncem šedesátých let pro napájení satelitů. První družice napájená solárními panely se jmenovala Vanguard 1. Tato družice byla vypuštěna na oběžnou dráhu 17. března 1958. Díky poptávce leteckého průmyslu během šedesátých a sedmdesátých let minulého století došlo k významnému pokroku ve vývoji těchto technologií.

Díky energetické krizi v sedmdesátých letech a zvýšeného pvědomí o životním prostředí se alternativní zdroje energie staly politicky zajímavými. Došlo k úpravě zákonů a vytvoření programů na podporu fotovoltaiky. Lídry jsou v této oblasti jsou zejména Německo, USA a Japonsko.

Výroba elektřiny ze slunečního záření se od roku 2002 zdvojnásobuje každé dva roky, tempem 48% za rok čímž se stává nejrychleji se rozvíjející technologií na výrobu energie. Do konce roku 2008 bylo celosvětově nainstalováno 15000 MW. Přibližně 90% této kapacity je připojeno na síť.

V roce 2007 bylo na celém světě nainstalováno 2.826 gigawatů špičkových (GWp) a v roce 2008 již celosvětová instalace činila 5.95 gigawatů špičkových (GWp) což je nárust o 110%. Většina těchto instalací (89%) je nainstalována ve třech zemích - Německo, Japonsko a Spojené Státy. Podle organizace Navigant Consulting and Electronic Trend Publications se předpokládá, že v roce 2012 bude celosvětová instalace těchto systémů 18.8 gigawatů špičkových (GWp).

Jakkoliv se tato čísla zdají neuvěřitelná tak ve srovnání s ostatními zdroji energie jsou zatím naprosto zanedbatelná (Podíl geotermálních / solárních / větrných zdrojů dohromady činil 0.6% v roce 2006).

Cena fotovoltaiky se díky neustálému vývoji technologií a masivní výrobě neustále snižuje. Díky finančním pobídkám, dotacím a výhodným tarifním podmínkám pro energii z fotovoltaiky dochází v mnoha zemích k prudkému nárustu instalací.

Fyzikální limity a třetí generace fotovoltaiky

V současné době se vyvíjí tak zvaná třetí generace fotovoltaiky. Nosnou myšlenkou této generace fotovoltaiky je zvýšení účinnosti za použití technologie tenkých filmů a netoxických, hojně se vyskytujících materiálů.

Zvýšení účinnosti lze dosáhnout obejitím Shockleyova-Queisserova limitu pro fotovaltaická zařízení s jedním polovodičovým přechodem použitím vícenásobných energetických prahů. Takový přístup může být realizován buď začleněním několika paralelních energetických prahů nebo vložením dalších přechodů.

Shockleyův-Queisserův limit definuje maximální množství energie, které je schopno fotovoltaické zařízení s jedním p-n přechodem přeměnit na elektrickou energii.

Další možností jak zvýšit účinnost fotovoltaiky je modifikace spektra dopadajícího světla na p-n přechod a to konverzí vysoko-energetických fotonů nebo nízko-energetických fotonů na fotony o energii, která nejlépe odpovídá fyzikálním vlastnostem p-n přechodu.