Russell S. Ohl Mystery Cache

Je pravděpodobné, že Vám toto jméno nic neříká - i já jsem se o významném počinu tohoto člověka dověděl až při vytváření této kešky. Tento pán je totiž objevitelem křemíkového solárního článku. Ale abych nepředbíhal, pojďme se podívat na historii solárních článků pěkně od začátku. Jejich příběh sahá až do raného pozorování fotovoltaického jevu. V roce 1839 francouzský fyzik Alexandre-Edmond Becquerel pracoval s kovovými elektrodami v roztoku elektrolytu, když si všiml malého vyrobeného elektrického proudu, pokud vystavil kovy světlu. Tento jev ale nedokázal vysvětlit.

Několik desítek let později, v roce 1873, Willoughby Smith, anglický inženýr, objevil fotovodivost selenu při testování materiálů pro podmořské telegrafní kabely. V roce 1883 americký vynálezce Charles Fritts vyrobil první solární články ze selenu. Ačkoli Fritts doufal, že jeho solární články by mohly být konkurencí uhelným elektrárnám Edisona, měly účinnost menší než jedno procento při přeměně slunečního záření na elektrickou energii a proto nebyly příliš praktické. Některé výzkumy se selenovou fotovoltaikou pokračovaly po dobu několika příštích desetiletí a bylo zjištěno několik vhodných aplikací, ale nebyly předloženy veřejnosti k širokému využití.

Zásadní krok v technologii solárních článků učinil v roce 1940 Russell Shoemaker Ohl, výzkumník polovodičů v Bellových laboratořích. Zkoumal některé vzorky křemíku, z nichž jeden měl ve svém středu trhliny. U tohoto konkrétního vzorku si všiml, že vzorkem protékal proud, když byl vystaven světlu. Tato trhlina, která pravděpodobně vznikla při výrobě vzorku ve skutečnosti označuje hranici mezi oblastmi, které obsahují různé úrovně příměsí, takže na jedné straně jsou pozitivně dopované a na druhé straně negativně dopované. Ohl nechtěně udělal P-N přechod, který je základem solárního článku. Přebytek kladného náboje se vytváří na jedné straně přechodu P-N a přebytek záporného náboje vytváří na jeho druhé straně, vytváří tak elektrické pole. Když je článek zapojen v obvodu, příchozí foton (světlo) udeří do článku a udělí elektronu energii, čímž vznikne proud. Ohl si nechal patentovat jeho solární článek, který měl účinnost asi jedno procento.

První praktický křemíkový solární článek byl vytvořen o třináct let později týmem vědců pracujících společně v Bellových laboratořích.

V roce 1953 inženýr Daryl Chapin, který předtím pracoval na magnetických materiálech v Bellových laboratořích, se snažil vytvořit zdroj energie pro telefonní systémy ve vzdálených vlhkých místech, kde suché baterie degradovaly příliš rychle. Chapin zkoumal několik alternativních zdrojů energie, až si vybral solární energii jako jednu z nejslibnějších. Zkoušel selenové solární články, ale ty byly příliš neefektivní.

Mezitím chemik Calvin Fuller a fyzik Gerald Pearson pracovali na řízení vlastností polovodičů zavedením příměsí. Fuller dal Pearsonovi kus křemíku s obsahem gallia. Pearson ho namočil do lithia a vytvořil přechod P-N. Pearson pak připojil ke kusu křemíku ampérmetr a ozářil jej světlem. Ampérmetr k jejich překvapení výrazně poskočil.

Pearson věděl o Chapinově práci a tak jej vyhledal a řekl mu, ať neztrácí čas se selenovými solárními články a Chapin okamžitě přešel na křemík.

Všichni tři pak pracovali po dobu několika měsíců na zlepšování vlastností svých křemíkových solárních článků. Jedním z problémů bylo vytváření dobrých elektrických kontaktů na křemíkových článcích. Dalším problémem bylo, že při pokojové teplotě časem lithium prostoupilo přes křemík a tak se P-N přechod přesunul dále od dopadajícího světla. K vyřešení tohoto problému zkoušeli různé příměsi, až nakonec zůstali u arzénu a bóru. Tím vytvořili přechod P-N, který zůstal v blízkosti povrchu. Také zjistili, že byli schopni dělat dobré elektrické kontakty s bor-arzén křemíkovými články. Poté, co dodělali nějaké další vylepšení designu, spojili dohromady několik solárních článků a vytvořili "solární baterii".

Chapin, Fuller, Pearson a jejich solární článek

Bellovy laboratoře oznámily vynález 25. dubna 1954 v Murray Hill, New Jersey. Zde prokázali, že jejich solární panel je schopen pohánět malou hračku ruského kola a napájet rozhlasový přijímač.

První křemíkové solární články měly účinnost asi 6 procent při přeměně energie slunečního záření na elektrickou energii, což je obrovské zlepšení v porovnání s předchozími solárními články.

New York Times tehdy napsal, že křemíkový solární článek "může znamenat začátek nové éry, což by nakonec vedlo k realizaci jednoho z největších snů lidstva - k využívání téměř neomezené energie ze slunce."

První křemíkové solární články byly drahé k výrobě a brzké úsilí o komercionalizaci nemělo zpočátku velký úspěch. Ale během několika let solární články byly běžně používané pro pohon satelitů a další aplikace následovaly.

Chapin brzy zjednodušil proces výroby křemíkových solárních článků a dokonce vyvinul vědecký experiment solárního článku pro studenty středních škol. Chapin, Fuller a Pearson byli uvedeni do Národní síně vynálezců v roce 2008.

Solární články jsou dnes používány v nejrůznějších přístrojích, od kapesních kalkulaček po střešní solární panely. Vylepšená konstrukce a pokročilé materiály umožnily vybudovat solární články, které dosahují více než 40% účinnost a výzkum a vývoj pokračuje s cílem snižování nákladů a zvyšování efektivity, aby solární energie mohla ještě lépe konkurovat fosilním palivům.

Jak už jsem naznačil na začátku, keška má něco společného se solárním článkem. Tak pojďme se podívat do světa na trochu extrémní případy použití solárních článků - tedy na tři v současné době největší solární elektrárny na světě.

• Postaveno v Indii (N 23°54.183 E 71°12.001)
• V provozu od 31.12.2011
• Instalovaný výkon 856.81 MW, plánovaný 968 MW (stále ve výstavbě)
• Skládá se z 50 menších solárních parků
• Celková plocha 20 km²

• Postaveno v Číně (N 36°10.009 E 100°34.683)
• V provozu od 31.12.2011
• Instalovaný výkon 850 MW (320 MW 1. část, 530 MW 2. část)
• Doplňuje se s vodní elektrárnou o výkonu 4 x 320 MW
• Celková plocha 23 km²

• Postaveno v Indii (N 9°24.417 E 78°21.533)
• Spuštěno 13. 6. 2016
• Instalovaný výkon 648 MW
• Největší solární elektrárna na světě na jedné ploše
• Celková plocha 16,2 km²