Kiedy słyszymy o kolejnym przełomie w fotowoltaice, zwykle podchodzimy do tego z dużą rezerwą. Tym razem jednak australijscy badacze naprawdę mogą mieć powód do dumy. Ich najnowsze osiągnięcie w dziedzinie ogniw słonecznych wygląda na coś więcej niż tylko laboratoryjną ciekawostkę. Mowa bowiem o najbardziej wydajnym potrójnym tandemowym ogniwie słonecznym perowskit-perowskit-krzem, które kiedykolwiek powstało i które naturalnie bije dotychczasowe rekordy. Na niewielkiej powierzchni 1 cm² urządzenie osiągnęło bowiem potwierdzoną przez niezależne laboratoria sprawność konwersji energii słonecznej na poziomie 27,06%. Taki wynik każe nam na poważnie zastanowić się nad przyszłością tej technologii.
Naukowcy podkręcili perowskit-perowskit-krzem. Teraz to już nie “czy”, a “kiedy”
Co tu jest naprawdę nowe: wysoka sprawność idzie w parze z inżynierią połączeń i chemii, która eliminuje słabe punkty znane z wcześniejszych konstrukcji. Zamiast kontrowersyjnego metyloamonu pojawia się rubid stabilizujący sieć krystaliczną, a niestabilny fluorek litu zastępuje piperazynowy dichlorek, który pasywuje powierzchnię i ułatwia ekstrakcję ładunku. Do spięcia perowskit-perowskit naukowcy wykorzystali z kolei złote nanocząstki osadzone na tlenku cyny, co poprawiło połączenie elektryczne przy minimalnych stratach optycznych. Efekt? Nie tylko liczby, ale i najwyraźniej utorowana już ścieżka skalowania z laboratoryjnych rozwiązań do większych formatów.
Potwierdzają to testy przeprowadzone na większej skali. Ogniwo o powierzchni 16 cm² uzyskało certyfikowaną sprawność na poziomie 23,3%, co stanowi najlepszy wynik w swojej kategorii dla urządzeń o tak dużej powierzchni. Zachowała też 95% mocy po ponad 400 godzinach pracy pod ciągłym oświetleniem oraz przeszła test IEC 61215 z 200 cyklami termicznymi od -40°C do 85°C. Chociaż może się to wydawać niewielkim postępem, to w wielkim świecie fotowoltaiki każdy dodatkowy procent sprawności to ogromny skok. Kluczem do tego sukcesu okazały się fundamentalne zmiany w podejściu do konstrukcji ogniw, bo o trwałości paneli słonecznych tego typu nie decyduje jeden magiczny zabieg, tylko cały łańcuch drobnych decyzji.
Czytaj też: Tego jeszcze nie było. Pierwszy na świecie sensowny akumulator wodorkowy
Wspomniane usunięcie metyloamonu i dodanie niewielkiej domieszki rubidu stabilizuje fazę perowskitu i ogranicza defekty. Zastąpienie fluorku litu warstwą piperazynowego dichlorku poprawia jakość interfejsu z warstwą C60, co zdejmuje hamulec z transportu ładunku i ogranicza degradację. Dodatkowo między dwiema perowskitowymi złączami zamiast ultracienkiej warstwy znalazła się celowo dobrana morfologia złotych nanocząstek, bo badacze ustalili, kiedy zaczyna się tworzyć półciągły film i jak tego uniknąć, żeby przewodzić, ale nie tłumić światła. To podręcznikowa inżynieria interfejsów, która rzadko trafia do nagłówków, a decyduje o sukcesie.
Wszystkie wnioski z badań zostały potwierdzone we współpracy z międzynarodowymi partnerami z Chin, Niemiec i Słowenii, a wyniki ukazały się w czasopiśmie Nature Nanotechnology. Co ciekawe, klasa urządzeń, o której mowa, ma większą przestrzeń do wzrostu niż tandemy dwuzłączowe. Teoretyczny limit sprawności dla potrójnych złączy bez ograniczeń doboru przerw energetycznych sięga około 51%, podczas gdy dla podwójnych to około 45%. Innymi słowy, trzecia warstwa nie jest fanaberią, a prostą drogą do dalszych zysków z fotowoltaiki. Oto więc oficjalnie układ perowskit-perowskit-krzem wchodzi w etap, w którym pytanie nie brzmi już czy, tylko jak szybko to da się przenieść z laboratoriów do linii produkcyjnych.