Ogniwa fotowoltaiczne z… czego? Chińscy uczeni zajęli się opracowaniem najbardziej wydajnych cienkowarstwowych ogniw

Cienkowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne można przypisać do zupełnie innej branży. Żadne z nich nie składają się z krzemu czy perowskitów. Chińscy uczeni zajęli się opracowaniem najbardziej wydajnych cienkowarstwowych ogniw zbudowanych z kesterytu. Z czego? Oto przed nami najnowszy wynalazek z Nankinu.
Chińskie miasto Nankin

Chińskie miasto Nankin

Ogniwa kesterytowe są jednym z kilku rodzajów cienkowarstwowych ogniw fotowoltaicznych. W przeciwieństwie do tych opartych na tellurku kadmu czy indu i galu są najbardziej przyjazne środowisku i składają się z pospolitych, szeroko dostępnych pierwiastków. Kesterytem nazywamy związek o wzorze Cu2ZnSn(S, Se)4. Gwarantuje on optymalne pasmo wzbronione dla paneli fotowoltaicznych i dużą stabilność.

Czytaj też: Te ogniwa słoneczne to istna tablica Mendelejewa. Mamy za co dziękować uczonym z Chin

Chińscy naukowcy z Nankinu informują na łamach Nature Energy o tym, że opracowali najbardziej wydajne ogniwo kesterytowe. Osiągnęło ono sprawność konwersji energii na poziomie 14,1 proc. jeśli chodzi o całkowitą wydajność i 13,8 proc. w przypadku certyfikowanej.

Kesterytowe ogniwa słoneczne z nowym rekordem wydajności

Jak widzimy, wydajność kesterytowych ogniw nie powala nas na kolana, ale warto dodać, że jeszcze kilka lat temu naukowcy potrafili z nich wycisnąć ledwie 9 proc. wydajność. Tego typu technologia nie jest tak zupełnie nowa. W latach 2011-2015 pracowali nad nią hiszpańscy inżynierzy, którzy donoszą, że ogniwa kesterytowe „mogą spełniać wymagania w zakresie kosztów, wydajności i zrównoważonej, masowej produkcji ogniw słonecznych”.

Czytaj też: Udowodnili, że perowskitowe ogniwa słoneczne mogą działać rekordowo długo. Zaskakujący eksperyment

W jaki sposób Chińczycy udoskonalili technologię? W swoich badaniach zajęli się kinetyką ewolucji fazowej kesterytu ze stopu srebra. Zastosowali nadciśnienie na początkowym etapie procesu wyżarzania. Dzięki temu przekształcono prekursora w kesteryt jednoetapowo i w dodatku bez powstania faz wtórnych. Cu2ZnSn(S, Se)4 tworzony w wyższej temperaturze zawiera mniejszą liczbę defektów, a ten czynnik ma niebagatelny wpływ na wydajność ogniwa.

Czytaj też: Sekretna moc ogniwa słonecznego. Skoro nie widać różnicy, to… po co zmieniać?

Badanie daje nam konkretny zestaw informacji na temat mechanizmów prowadzących do krystalizacji faz w ogniwach kesterytowych. Zwróćmy uwagę jeszcze na to, że kesteryt w przypadku fotowoltaiki jest materiałem syntetycznym, ale istnieje również minerał siarczkowy o tej samej nazwie, który ma niemal identyczny wzór chemiczny (nie posiada w swojej strukturze selenu). Został odkryty dopiero w 1958 roku na obszarze Gór Ynnakh w Jakucji.