Tradycyjnie ogniwa słoneczne działają wyłącznie w silnym świetle słonecznym. Oto jednak naukowcy z Tajwanu opracowali ogniwo słoneczne oparte na perowskicie, osiągające imponującą sprawność 38,7 % przy standardowym oświetleniu biurowym (~2000 lux). Te ogniwa mogą zamienić światło w pomieszczeniach na uniwersalne źródło zasilania, a ich sekret tkwi właśnie w jednym konkretnym materiale.
Jak naukowcy rozwiązali główny problem perwoskitów?
Perowskity można precyzyjnie dostroić na poziomie molekularnym, by dopasować je do widma światła LED czy świetlówek. Poprzez regulację przerwy energetycznej, czyli progu pobudzania elektronów, naukowcy mogą zmaksymalizować pochłanianie światła w warunkach, gdzie klasyczny krzem zawodzi. Zmiana w tej sferze generuje wprawdzie defekty, które ograniczają wydajność, ale zespół z Tajwanu poradził sobie z tym dzięki pasywacji defektów przy pomocy cząsteczek chelatujących, które wiążą wolne atomy i zmniejszają straty związane z rekombinacją. Ten sprytny zabieg poprawia zarówno sprawność, jak i trwałość, a więc kluczowe cechy dla długoterminowego zastosowania.
Przełomowe wyniki sprawności… i to nie tylko z Tajwanu
Nowe perowskitowe ogniwa słoneczne stworzone z myślą o zastosowaniu wewnątrz osiągnęły w testach imponującą sprawność rzędu 38,7 % (PCE) przy oświetleniu rzędu 2000 lux, czyli typowym świetle biurowym, co czyni je jednym z najbardziej wydajnych rozwiązań do użytku wewnętrznego. Z kolei przy symulowanym świetle słonecznym (~12000 lux), ich sprawność sięgnęła 12,7 %, co jest oczywiście niższe niż 26 % osiągane przez najlepsze ogniwa krzemowe, ale za to w pełni uzasadnione specjalną optymalizacją pod warunki pomieszczeń.
Czytaj też: Przełom nadszedł! Naukowcy zrzucili właśnie energetyczną bombę na akumulatory
To osiągnięcie nie jest jednak przypadkiem odosobnionym. W ostatnich latach inne zespoły badawcze również notowały znaczące sukcesy na tym poletku, a to tylko wskazuje, że aktualnie trwa wielki wyścig, aby zrewolucjonizować panele słoneczne do użytku wewnętrznego.
Potencjał perowskitowych ogniw do użytku wewnętrznego
Jednym z najbardziej obiecujących zastosowań perowskitowych ogniw słonecznych są urządzenia z kategorii Internetu Rzeczy oraz elektronika ubieralna. Dzięki imponującej sprawności w warunkach słabego oświetlenia, tego typu ogniwa mogą z powodzeniem zasilać czujniki smart home, inteligentne zegarki, opaski fitness czy tagi RFID. Kluczową korzyścią jest tutaj eliminacja konieczności stosowania baterii lub okablowania, co nie tylko upraszcza projekt urządzeń, ale także zwiększa ich niezawodność i żywotność.
Równie obiecującym kierunkiem rozwoju jest zintegrowana fotowoltaika budynkowa (BIPV). Przezroczyste lub półprzezroczyste moduły perowskitowe można integrować z elementami architektonicznymi takimi jak okna, fasady czy nawet oprawy oświetleniowe. Dzięki temu możliwe staje się pozyskiwanie energii elektrycznej bez zakłócania estetyki wnętrz, bo w takim scenariuszu ogniwa stają się niemal niewidocznym, a jednocześnie funkcjonalnym elementem budynku.
Czytaj też: Niestabilność prawna dręczy branżę wiatrową. Eurowind Energy przygotowuje się na kolejne zmiany
Istotnym atutem tej technologii jest również jej skalowalność. Perowskitowe warstwy można wytwarzać w niskich temperaturach za pomocą metod roztworowych, co umożliwia wykorzystanie technologii roll-to-roll, czyli taśmowej produkcji na dużą skalę. Takie podejście znacząco obniża koszty i przyspiesza proces wdrażania nowych rozwiązań, co może mieć ogromne znaczenie w kontekście popularyzacji technologii fotowoltaicznej wewnątrz budynków.
Problemy, które trzeba rozwiązać, bo po prostu warto
Wciąż jednak istnieją ważne pytania, które wymagają odpowiedzi. Jednym z nich jest trwałość tych ogniw, bo nie wiadomo jeszcze, jak będą się zachowywać po dłuższym czasie eksploatacji w typowych warunkach biurowych, gdzie obecne są kurz, wilgoć oraz wielogodzinne cykle oświetleniowe. Równie istotne są kwestie mechaniczne, bo elastyczne formaty perowskitów są atrakcyjne pod względem funkcjonalności, ale nie ma jeszcze pewności, czy poradzą sobie z obciążeniami mechanicznymi podczas montażu i codziennego użytkowania.
Czytaj też: Orlen dostanie grube miliardy. Tajny plan może zrewolucjonizować europejską energetykę
Kolejnym wyzwaniem pozostaje zawartość ołowiu, jako że wiele obecnych formuł perowskitowych zawiera ten toksyczny pierwiastek. Chociaż trwają prace nad alternatywami wolnymi od ołowiu, muszą one osiągnąć porównywalną wydajność i stabilność, by mogły zostać szeroko przyjęte na rynku. Warto podjąć tę rękawicę, bo perowskitowe ogniwa słoneczne przeznaczone do użytku wewnętrznego to technologia o ogromnym potencjale, który wykracza daleko poza tradycyjne zastosowania fotowoltaiki. Dzięki wysokiej sprawności, możliwości elastycznej produkcji i wszechstronności mogą one odegrać kluczową rolę w rozwoju energetyki rozproszonej oraz inteligentnych systemów zasilania nowej generacji.