Dok se tandemske perovskit-silicij ćelije polako probijaju iz laboratorija u prve komercijalne projekte, jedan sitan, gotovo nevidljiv sloj unutar tih ćelija i dalje ograničava koliko daleko ta tehnologija zapravo može stići. Riječ je o elektronskom transportnom sloju izrađenom od materijala poznatog kao C60, koji već godinama predstavlja svojevrsno usko grlo cijele industrije.
Upravo taj problem u središtu je novog europskog istraživačkog projekta pod nazivom NEXT-ETM (Beyond Fullerenes: Next-Generation Electron-Materials in Perovskite Tandem Solar Cells). Projekt vodi Sveučilište Ludwig-Maximilians u Münchenu, financiran je kroz program Obzor Europa u sklopu Marie Skłodowska-Curie akcija, a Europska unija za njega izdvaja 217.965 eura. Istraživanje je službeno potpisano krajem ožujka 2026. godine, počinje 1. kolovoza 2026., a trajat će do 31. srpnja 2028.
Cilj projekta zvuči ambiciozno, ali precizno definirano - razviti tandemsku solarnu ćeliju s certificiranom učinkovitošću pretvorbe snage iznad 36 posto, uz znatno dulji radni vijek u odnosu na današnje uređaje koji se oslanjaju na fuleren. Ako se u tome uspije, riječ je o pomaku koji bi mogao izravno utjecati na to kada će tandemski paneli postati stvarna opcija za europska tržišta, uključujući i hrvatske krovove.
Skriveni problem u srcu tandemske ćelije
Da bi se razumjelo zašto je ovaj projekt uopće pokrenut, potrebno je zaviriti unutar same tandemske ćelije. Tandemska ćelija nastaje slaganjem dva različita poluvodička sloja jedan iznad drugoga - gornjeg perovskitnog i donjeg silicijskog - kako bi se iskoristio širi dio sunčevog spektra i time podigla ukupna proizvodnja energije.
Da bi elektroni koje svjetlost izbije iz perovskitnog sloja uopće mogli otići dalje u strujni krug, potreban je poseban međusloj koji ih prihvaća i usmjerava - takozvani elektronski transportni sloj (ETL, od engleskog Electron Transport Layer). U gotovo svim današnjim visokoučinkovitim tandemskim ćelijama tu ulogu obavlja fuleren C60, molekula ugljika koja se pokazala iznimno dobrom u prihvaćanju i provođenju elektrona.
Problem je u tome što C60 sa sobom nosi dvije ozbiljne slabosti. Prva je takozvana parazitska apsorpcija svjetlosti - sloj C60 upija dio dolazne sunčeve svjetlosti prije nego što ona uopće stigne obaviti svoj posao u aktivnom dijelu ćelije, čime se gubi dio potencijalne energije. Druga je kemijska nestabilnost u prisutnosti kisika, zbog koje sloj s vremenom degradira i smanjuje radni vijek cijelog modula.
Zajedno, ta dva nedostatka postavljaju gornju granicu koliko visoko tandemska ćelija uopće može otići u učinkovitosti, i koliko dugo ta učinkovitost može ostati stabilna na otvorenom krovu, izloženom kisiku, vlazi i sunčevom zračenju desetljećima.
Dva pravca istraživanja
Tim iza NEXT-ETM-a odlučio se za sustavan, dvostruki pristup rješavanju ovog problema. Umjesto da se odmah baci na potpuno novo rješenje, istraživanje prvo pokušava spasiti postojeći, dokazani materijal, a tek ako to ne uspije, prelazi na radikalniju opciju.
Prvi pokušaj - stabilizacija postojećeg sloja
U prvoj fazi projekta istraživači ispituju nove strategije enkapsulacije C60 sloja, odnosno njegova zaštićivanja od kisika bez narušavanja njegove osnovne funkcije. Za to se koriste oksidi metala i polioksometalati - spojevi koji bi trebali djelovati kao barijera protiv degradacije, a da pritom ne ometaju prolazak elektrona kroz sloj.
Ideja je jednostavna u teoriji, ali zahtjevna u praksi. Zaštitni sloj mora biti dovoljno gust da spriječi prodor kisika, a istovremeno dovoljno transparentan i električki propustan da ne stvori novu prepreku umjesto stare.
Rezervni plan - materijali bez fulerena
Ako se pokaže da enkapsulacija sama po sebi nije dovoljna za dugoročnu stabilnost, projekt predviđa ono što autori nazivaju promjenom paradigme - potpuni odmak od C60 i razvoj sasvim novih elektronskih transportnih slojeva koji fuleren uopće ne sadrže.
Ovdje istraživači gledaju u dva smjera. Prvi su visoko transparentni anorganski materijali, poput modificiranog kositrovog oksida (SnO2) i već spomenutih polioksometalata, koji se mogu koristiti i kao samostalan transportni sloj, a ne samo kao zaštitni premaz. Drugi su posebno sintetizirani organski akceptori bez fulerena, izvedeni iz spojeva poznatih kao PDI i NDI derivati, dizajnirani specifično za optičku prozirnost i kemijsku otpornost.
Cilj oba pravca je isti - sloj koji propušta gotovo svu dolaznu svjetlost dalje prema aktivnim dijelovima ćelije, dok istovremeno ostaje kemijski stabilan godinama izloženosti vanjskim uvjetima.
Što znači cilj od 36% učinkovitosti
Brojka od preko 36 posto certificirane učinkovitosti nije nasumično odabrana. Kao što smo pisali u vodiču o osnovama fotonaponskog efekta, klasična silicijska ćelija ima fizikalno ograničenje od oko 29 posto učinkovitosti, poznato kao Shockley-Queisserova granica. Danas komercijalno dostupni monokristalni paneli u Hrvatskoj postižu učinkovitost između 20 i 23 posto, dok se najbolji laboratorijski rezultati klasičnog silicija približavaju svojoj teorijskoj granici.
Tandemska tehnologija zaobilazi to ograničenje slaganjem dva materijala koji zajedno iskorištavaju širi dio sunčevog spektra. Trenutačni laboratorijski rekordi za tandemske ćelije već premašuju 34 posto na maloj površini, dok se komercijalni moduli veće površine kreću oko 24 do 26 posto. Cilj od 36 posto certificirane učinkovitosti, koji NEXT-ETM postavlja pred sebe, time predstavlja pomak koji bi tandemsku tehnologiju odmaknuo još dalje od granica klasičnog silicija.
Važno je naglasiti razliku između rezultata na maloj laboratorijskoj ćeliji i rezultata na modulu veličine kakva se stvarno koristi na krovu. Upravo je ta razlika, uz problem dugoročne stabilnosti, ono što danas najviše usporava širu komercijalnu primjenu tandemske tehnologije. Rješavanje problema ETL sloja izravno utječe na oba ta pitanja - i na maksimalnu ostvarivu učinkovitost i na to koliko dugo modul zadržava svoja svojstva na otvorenom.
Zašto je ovo važno za budućnost solarnih panela u Europi
Projekt poput NEXT-ETM-a nije izoliran akademski pothvat. On se odvija u trenutku kada globalna industrija tandemskih ćelija ubrzano prelazi iz pilot proizvodnje u prve komercijalne isporuke, a europski istraživački centri žele osigurati da dio te tehnološke prednosti ostane na starom kontinentu, umjesto da se proizvodnja u potpunosti preseli prema azijskim proizvođačima koji trenutačno dominiraju obujmom.
Rješavanje problema stabilnosti i učinkovitosti ETL sloja ima i praktičnu posljedicu za primjene u kojima je prostor krajnje ograničen - poput sve popularnije integrirane fotonaponike u zgradama, gdje sami građevinski elementi (krovni crijep, fasadne ploče ili prozori) preuzimaju ulogu proizvođača energije, a raspoloživa površina je po prirodi stvari ograničena veličinom same zgrade. Što je ćelija učinkovitija i dugotrajnija, to je manja površina potrebna za istu proizvedenu snagu.
Napredak u trajnosti tandemskih ćelija također izravno utječe na jamstvene uvjete koje proizvođači mogu ponuditi. Danas vodeći proizvođači tandemskih modula daju jamstvo od desetak godina, dok se standardni silicijski moduli oslanjaju na dokazanih 25 do 30 godina proizvodnog jamstva. Upravo je ta razlika u pouzdanosti, a ne samo u vrhunskoj učinkovitosti, ono što tandemsku tehnologiju trenutačno drži u statusu premium niše, a ne masovnog proizvoda.
Realan vremenski okvir - kada ovo stiže do potrošača
Vrijedi imati realna očekivanja o tome što ovakav istraživački projekt znači za nekoga tko danas razmišlja o solarnoj elektrani na vlastitom krovu. NEXT-ETM je dvogodišnji istraživački projekt koji traje od kolovoza 2026. do srpnja 2028. godine. Riječ je o fazi temeljnog istraživanja i razvoja materijala, koja prethodi znatno duljem procesu prijenosa u industrijsku proizvodnju, testiranja na terenu i konačno masovne komercijalizacije.
Realan vremenski okvir za širu dostupnost tandemskih panela na europskom maloprodajnom tržištu i dalje se procjenjuje između 2027. i 2030. godine, uz napomenu da će prvi takvi proizvodi vjerojatno ostati u premium segmentu dok se ne nakupi dovoljno terenskih podataka o dugoročnoj izdržljivosti. Projekti poput NEXT-ETM-a upravo su dio tog procesa prikupljanja znanja koji tandemsku tehnologiju postupno vodi prema masovnijoj primjeni.
Za vlasnike i buduće vlasnike kućnih elektrana u Hrvatskoj to znači jedno - odluku o ugradnji solarne elektrane danas ne treba odgađati u očekivanju sljedeće generacije panela. Klasična silicijska tehnologija ostaje dokazana, financijski dostupna i podržana razrađenom mrežom instalatera i jasnim jamstvenim uvjetima. Tandemski paneli, uključujući i one koji će jednog dana koristiti materijale razvijene kroz projekte poput ovog, prirodno će naći svoje mjesto u trenutku kada industrija prikupi dovoljno dokaza o njihovoj dugoročnoj pouzdanosti.
Ono što ovakva istraživanja jasno pokazuju jest da tehnološki napredak u solarnoj energiji nije stao na današnjim panelima. Svaki riješeni problem, poput onoga koji NEXT-ETM cilja unutar tandemske ćelije, korak je bliže danu kada će učinkovitost od preko 30 posto biti standard, a ne laboratorijska rijetkost. Do tada, silicij i dalje nosi najveći dio europskih krovova, a projekti poput ovog tiho, u pozadini, pripremaju teren za ono što dolazi iza njega.
Solarna Energija
Uredništvo Solarne Energije - nezavisne informativne platforme posvećene edukaciji i promociji solarne energije u Hrvatskoj.
