Ogniwa słoneczne z perowskitu, Ogniwa słoneczne, perowskit, Ogniwa słoneczne z perowskitu SAM

Ogniwa słoneczne z perowskitu doczekały się ważnego odkrycia

W wielkiej bitwie o energię ze słońca mamy dwóch faworytów – powszechnie stosowany krzem i znacznie rzadziej spotykany, ale bardziej obiecujący perowskit. Ogniwa słoneczne z perowskitu są bowiem fenomenalne przy jednocześnie ogromnym problemie ze swoją wytrzymałością i niezawodnością.

Sam nie wiedziałem przed laty, czym jest perowskit, więc wiem, że i Wy niekoniecznie zdajecie sobie sprawę, że to po prostu grupa minerałów zbudowanych z nieorganicznych związków chemicznych. Innymi słowy, to materiał naturalnego pochodzenia, który w zastosowaniach fotowoltaicznych jest wręcz powalający. Wystarczy wyjawić, że w ciągu jakiejś dekady ogniwa słoneczne z perowskitu rozwinęły się tak szybko, że osiągnęły wydajność około 20%, a to samo zajęło tym z krzemu kilka dobre kilkadziesiąt lat.

Niestety, choć z perowskitu szybko zaczęto produkować wydajne ogniwa słoneczne, to ciągle pracuje się nad problemem jego wytrzymałości, na którą to wpływa niekorzystnie fakt, że jest on podatny na degradację przez jony pochodzące z elektrod tlenku metalu w ogniwie słonecznym. Walczyć jest jednak o co, bo komórki perowskitu bardzo dobrze pochłaniają światło, ich produkcja może mieć miejsce w temperaturze zbliżonej do pokojowej, a stworzone z nich folie są około 400 razy cieńsze niż płytki silikonowe.

Gdyby tego było mało, ogniwa słoneczne z perowskitu są tańsze w produkcji niż ogniwa krzemowe, ale wspomniana niezawodność niszczy drastycznie wszystkie zalety. Ją właśnie na celownik wzięli naukowcy z Brown University, którzy w swoich dążeniach (te zagwarantowały im już 1,5 mln dolarów na dalsze prace) najpierw przyjrzeli się samej komórce, co wyjaśniają następująco:

Każda komórka [perowskitowa] zawiera pięć lub więcej odrębnych warstw, z których każda pełni inną funkcję w procesie wytwarzania energii elektrycznej. Ponieważ te warstwy są wykonane z różnych materiałów, inaczej reagują na siły zewnętrzne. Ponadto zmiany temperatury, które występują podczas procesu produkcyjnego i podczas eksploatacji, mogą powodować rozszerzanie się lub kurczenie niektórych warstw bardziej niż inne. Powoduje to mechaniczne naprężenia na styku warstw, które mogą powodować rozłączanie się warstw, a jeśli interfejsy są zagrożone, wydajność komórki spada.

– czytamy na stronie Brown University.

Rozwiązanie? Proste. Naukowcy wpadli na pomysł wzmocnienia najsłabszych z warstw (tą do pochłaniania światła i transportującą elektrony) za pomocą związków zwanych samoorganizującymi się monowarstwami (SAM). To swoisty klej z atomem krzemu i jodu, który tworzy silne wiązania ze wspomnianymi warstwami i w rzeczywistości zauważalnie poprawia wydajność ogniwa, będąc jednocześnie czymś niedrogim. W testach wskazano, że zastosowanie SAM poprawia żywotność komórek w myśl powyżej 80% efektywności z 1300 do 4000 godzin.

Chcesz być na bieżąco z CHIP? Obserwuj nas w Google News