Inżynierowie próbowali nieco ułatwić sytuację wszystkich tych, którzy martwią się ograniczonym czasem przydatności paneli fotowoltaicznych. Efekty ich wysiłków wydają się co najmniej imponujące, a szczegóły dotyczące kulisów prowadzonych badań zostały właśnie zaprezentowane na łamach Nature Materials.
Czytaj też: Fotowoltaika w antenie satelitarnej. Takiej elektrowni jeszcze nie było
Obecnie do tworzenia takich modułów wykorzystuje się krzem lub perowskity. Te drugie lepiej radzą sobie z pochłanianiem światła, co jest wysoce pożądaną właściwością. Dzięki temu mogą być cieńsze i lżejsze, jednocześnie nie tracąc przez to swoich zdolności do konwersji światła w energię elektryczną. Niestety, perowskity mają także pewne wady, do których bez wątpienia zalicza się brak długotrwałej stabilności.
Przyczyna tych ograniczeń wydaje się leżeć w migracji jonów przez materiał wywoływanych przyłożeniem napięcia do ogniwa. Wspomniane migracje prowadzą do powstawania zmian chemicznych i strukturalnych, co ostatecznie obniża wydajność i stabilność całego modułu. Niestety naukowcy nie byli w stanie zapobiegać przemieszczaniu się jonów przez materiały perowskitowe. Zauważyli natomiast, że możliwe jest kierowanie jonów tak, by ich migracje nie wpływały na integralność strukturalną materiału ani jego wydajność.
Żywotność ogniw słonecznych wykonanych z perowskitów była do tej pory sporym problemem
Jak członkowie zespołu wpadli na rozwiązanie całego problemu? Wydawało się ono tkwić w tzw. ziarnach perowskitowych, czyli kryształach tworzących całą strukturę. To właśnie one warunkują absorpcję światła i generowanie ładunków. Każde ziarno ma taką samą strukturę krystaliczną, choć mogą się one od siebie różnić orientacją. Innymi słowy, czasami układają się w różnych kierunkach. Z kolei miejsca, w których się ze sobą stykają, naukowcy określają mianem granic ziaren.
I właśnie w nich zawiera się cała tajemnica. O co dokładnie chodzi? O to, że ziarna są lepiej chronione, jeśli jony poruszają się przede wszystkim wzdłuż granicy. Kluczem do sukcesu jest więc tworzenie silniejszych granic ziaren. W ten sposób migracje jonów zostaną ograniczone, a pewnego dnia być może nawet zatrzymane. Efekt końcowy powinien być następujący: zniwelowanie chemicznych i strukturalnych zmian zachodzących w obrębie ogniw słonecznych.
Czytaj też: Chiny zaciskają pętlę na szyi branży fotowoltaicznej. Tylko jeden kraj nie straci na decyzji Pekinu
To nie jedyne postępy, jakich świat nauki dokonał w ostatnich miesiącach w związku z eksploatacją perowskitowych ogniw słonecznych. Sporym zainteresowaniem cieszą się także tzw. tandemowe panele, w których przenikają się ze sobą warstwy wykonane z krzemu oraz perowskitów. W takich okolicznościach oba materiały mogą się wzajemnie uzupełniać, co prowadzi do maksymalizacji żywotności oraz sprawności konwersji całych modułów.
