W ciągle rozwijającym się świecie energii odnawialnej przełomy technologiczne często rodzą się na styku inżynierii i nauki o materiałach. Wśród nich szczególne zainteresowanie wzbudzają ogniwa słoneczne z perowskitu, które mogą zrewolucjonizować sposób pozyskiwania energii ze Słońca. Ich lekkość, niski koszt produkcji oraz wysoka wydajność sprawiają, że są wyjątkowo atrakcyjną alternatywą dla krzemu. Problemem jednak pozostaje ich trwałość – perowskity są podatne na degradację pod wpływem wilgoci, ciepła i światła, co dotychczas ograniczało ich zastosowanie na szerszą skalę. Naukowcy walczą więc od lat w swoich pracowniach i laboratoriach, aby ten problem przeszedł do przeszłości.
Nowa era energii słonecznej. Hybrydowe ogniwa z perowskitu zmienią wszystko
Zespół badaczy z Cornell University opracował właśnie innowacyjną strukturę hybrydową, łączącą warstwy perowskitu dwuwymiarowego (2D) i trójwymiarowego (3D). W tym pomyśle kluczową rolę odgrywa tzw. dopasowanie sieci krystalicznej, które redukuje naprężenia wewnętrzne i poprawia stabilność materiału. Zamiast popularnego kationu metylamoniowego (MA), naukowcy zastosowali formamidynię (FA), a więc większy organiczny kation, który zapewnia trwalszą strukturę krystaliczną, odporną na czynniki zewnętrzne.
Czytaj też: Stal pokryta grafenem raz na zawsze zrewolucjonizowała akumulatory
Efekt? Ogniwo osiągnęło sprawność konwersji energii na poziomie 25,3%, co stanowi znaczące osiągnięcie w dziedzinie zastosowania perowskitów w fotowoltaice. Co więcej, po niemal 50 dniach ciągłego działania w warunkach wysokiego oświetlenia i temperatury, ogniwo straciło zaledwie 5% swojej wydajności, a to akurat stanowi wynik symulujący realistyczne warunki pracy instalacji fotowoltaicznej. Połączenie struktur 2D i 3D w ogniwach perowskitowych to istotny krok w kierunku rozwiązania problemów związanych z ich trwałością. Dzięki zwiększonej odporności na wilgoć, ciepło i promieniowanie UV, ogniwa te mogą wkrótce trafić nie tylko na dachy domów, ale też do urządzeń przenośnych czy systemów off-grid.
Czytaj też: Kupiłeś panele słoneczne, a teraz oddajesz swój prąd za darmo. Rozwiązanie jest proste
Wciąż jednak stoją przed nami wyzwania związane ze skalowaniem tej technologii do poziomu produkcji masowej. Konieczne będą więc dalsze badania nad procesami wytwarzania oraz testy długoterminowe, aby w pełni poznać zachowanie hybrydowych ogniw w zmiennych warunkach środowiskowych. Mimo to, osiągnięcie naukowców z Cornella stanowi ważny krok na drodze do zrównoważonej i wydajnej energetyki słonecznej.