Elastyczne ogniwa słoneczne – nowy etap produkcji
Kluczem do sukcesu zespołu kierowanego przez dr. Dong-chan Lima i dr So-yeon Kim jest strategia pasywacji defektów. Polega ona na umieszczeniu głównej, światłoczułej warstwy perowskitu pomiędzy dwiema warstwami ochronnymi wykonanymi z dwuwymiarowego perowskitu. Ta nowa struktura skutecznie zabezpiecza rdzeń ogniwa, umożliwiając stabilną produkcję przy wilgotności względnej sięgającej 50%. W praktyce oznacza to, że nie są już konieczne drogie komory, które trzeba było stosować do tej pory. Mówiąc krótko: od teraz wytwarzanie wysokowydajnych ogniw słonecznych z perowskitu jest możliwe nawet w zwykłym powietrzu bez kosztownego sprzętu. Sam perowskit od dawna budzi nadzieje jako potencjalny następca krzemu w fotowoltaice. Materiał ten charakteryzuje się świetnymi właściwościami pochłaniania światła i może być formowany w cienkie, giętkie warstwy. Problemem pozostawała jednak jego chemiczna niestabilność pod wpływem wilgoci, co zwiększało koszty produkcji.
Czytaj też: Atom dla wszystkich. Czy właśnie obserwujemy początek rewolucji w energetyce jądrowej?
Dane dotyczące trwałości nowych ogniw są naprawdę obiecujące. W testach długoterminowych urządzenia zachowały ponad 85% początkowej wydajności po 2800 godzinach pracy. Jednak prawdziwie imponujące rezultaty dotyczą ich wytrzymałości na zginanie. Po 10 000 cyklach zginania ogniwa zachowały 96% początkowej wydajności. Jak podają członkowie zespołu badawczego, to jeden z najlepszych wyników stabilności mechanicznej wśród elastycznych ogniw słonecznych kiedykolwiek opracowanych. Nawet w bardziej wymagających testach ścinania i poślizgu ogniwa utrzymały 87% swojej wydajności. Sugeruje to, że mogą sprostać nie tylko prostemu zginaniu, ale także bardziej złożonym odkształceniom. Taka odporność otwiera zupełnie nowe możliwości zastosowań. Oznacza bowiem możliwość wdrożenia na szereg sposobów, od noszonej elektroniki (tzw. wearables) po układy zasilania wbudowane w karoserie pojazdów. Choć brzmi to futurystycznie, wyniki badań pozwalają wierzyć, że to realna perspektywa.
Droga do rynku i praktycznego wykorzystania
Zespół z KIMS nie zatrzymał się na etapie laboratoryjnym. Badaczom udało się wdrożyć tę technologię w procesie ciągłej produkcji na dużą skalę, co jest kluczowym krokiem na drodze do komercjalizacji. Pozbycie się konieczności stosowania drogiego sprzętu kontrolującego wilgotność powinno istotnie obniżyć koszty wytwarzania. To ważny krok w kierunku uczynienia elastycznych ogniw perowskitowych ekonomicznie konkurencyjnymi dla masowych zastosowań. I nawet jeśli droga do praktycznego zastosowania może być wyboista, to inżynierowie wykonali już najważniejszy krok. Co ciekawe, realizowany projekt ma międzynarodowy charakter, ponieważ poza koreańskimi naukowcami znaczący udział w osiągniętym sukcesie mieli badacze ze szwajcarskiego Uniwersytetu we Fryburgu.
Czytaj też: Rosja pokonała technologiczne bariery w energetyce jądrowej. Nowa wirówka działa na nieznanych zasadach
Pełne wyniki badań związanych z testami tej technologii zostały zaprezentowane na łamach Chemical Engineering Journal. Choć to dopiero początek, prace koreańskiego zespołu wskazują wyraźny kierunek rozwoju dla fotowoltaiki. Elastyczne ogniwa słoneczne mogą wkrótce znaleźć zastosowania tam, gdzie tradycyjne, sztywne panele po prostu się nie sprawdzają. Sukces w skali przemysłowej będzie jednak ostatecznym sprawdzianem wartości tego rozwiązania. Rywalizacja na linii krzem-perowskity powinna być owocna w skutkach, dając inżynierom motywację do opracowania jeszcze wydajniejszych i tańszych niż dotychczasowe rozwiązań.