Koniec z problematycznymi perowskitami w panelach słonecznych?
W dyskusjach o przyszłości fotowoltaiki perowskity od dawna pełnią niewdzięczną rolę “wiecznej obietnicy”. Z jednej strony oferują parametry, które w laboratoriach pozwalają przeskakiwać kolejne bariery sprawności, a z drugiej ich realna trwałość przez lata pozostawała zbyt niska, by myśleć o masowym wdrożeniu. Ten rozdźwięk między świetnymi wynikami początkowymi a szybkim starzeniem się materiału sprawiał, że producenci paneli trzymali się kurczowo krzemu, mimo jego ograniczeń. Dziś jednak dostaliśmy na to nowe spojrzenie, bo opublikowane właśnie wyniki zespołu chińskich badaczy wprowadziły zupełnie nowy wątek do tej opowieści.
Czytaj też: Chiny znów na ustach całego świata. Wysłali w powietrze elektrownię, która może zmienić świat
Badacze z Instytutu Półprzewodników Chińskiej Akademii Nauk przedstawili prototyp, który osiągnął certyfikowaną wydajność na poziomie 27,2 procent przy jednoczesnej poprawie stabilności działania. Jeśli te wyniki potwierdzą się w praktyce, może to oznaczać prawdziwy przełom w technologii fotowoltaicznej, choć droga do komercjalizacji wciąż pozostaje długa.
Wydajność potwierdzona rygorystycznymi testami laboratoryjnymi
Prototypowe ogniwo opracowane przez Chińczyków przetrwało 1529 godzin ciągłej pracy w warunkach pełnego nasłonecznienia, zachowując przy tym 86,3 procent początkowej wydajności. Stanowi to znaczący postęp w porównaniu z wcześniejszymi konstrukcjami, które degradowały się znacznie szybciej, ale jeszcze bardziej wymowny okazał się test przyspieszony. W jego ramach urządzenie zostało poddane działaniu światła i temperatury 85 stopni Celsjusza przez 1000 godzin, a wynik wskazał utrzymanie 82,8 procent pierwotnej sprawności. Warto przy tym zaznaczyć, że certyfikacja została przeprowadzona nie na typowym panelu słonecznym, a na niewielkiej powierzchni rzędu 0,108 centymetra kwadratowego, co stanowi standardową procedurę dla tego typu badań.
Czytaj też: Właściciele paneli fotowoltaicznych mogą odetchnąć z ulgą. Nowe prawo usuwa kluczową barierę
Podstawowym wyzwaniem technologicznym w przypadku okiełznania perowskitów w segmencie fotowoltaicznym okazała się niejednorodność struktury materiału. Podczas procesu krystalizacji dochodzi bowiem do migracji jonów chlorkowych z chlorku metyloamoniowego, które gromadzą się przy górnej powierzchni warstwy, tworząc tym samym defekty zmniejszające zarówno wydajność, jak i trwałość ogniw. Chińscy badacze opracowali metodę polegającą na wprowadzeniu binoksalanu potasu podczas obróbki termicznej filmu perowskitowego. Pod wpływem wysokiej temperatury związek ten ulegał rozpadowi, uwalniając jony potasu, które wiązały się z jonami chlorkowymi w chlorek potasu. Ten mechanizm zapobiegał chaotycznej migracji i zapewniał równomierne rozmieszczenie chloru w całej strukturze materiału.
Wyścig technologiczny w dziedzinie fotowoltaiki trwa od dawna
Warto zauważyć, że przekroczenie granicy 27 procent wydajności nie jest pierwszym takim osiągnięciem w badaniach nad perowskitami. Wcześniej międzynarodowy zespół naukowców uzyskał podobny rezultat, stosując fluorowaną warstwę molekularną między perowskitem a warstwą kontaktową. Nowatorskie podejście chińskich badaczy skupia się jednak przede wszystkim na poprawie trwałości, co stanowi kluczowy warunek sukcesu komercyjnego. Tradycyjne panele krzemowe cechują się żywotnością liczoną w dziesięcioleciach, podczas gdy perowskity dotychczas nie mogły im w tym aspekcie dorównać.
Czytaj też: Naturalne złoża grafitu kluczem do energetycznej rewolucji. Australijczycy opracowali materiał przyszłości
Nowa publikacja sugeruje, że cel ten może być realny do osiągnięcia, choć wciąż pozostaje pytanie o skalowalność technologii. Gdyby udało się przełożyć laboratoryjne sukcesy na przemysłową produkcję, mogłoby to zasadniczo zmienić ekonomikę energetyki słonecznej, biorąc pod uwagę znacznie niższe koszty wytwarzania perowskitów w porównaniu z krzemem. Doświadczenie uczy jednak, że droga od laboratoryjnego prototypu do produktu dostępnego na rynku bywa długa i pełna niespodzianek. Nawet najbardziej innowacyjne rozwiązania często napotykają nieprzewidziane trudności przy próbach wdrożenia na większą skalę. Niemniej jednak sam postęp w zakresie stabilności perowskitów stanowi ważny krok naprzód w rozwoju fotowoltaiki i zasługuje na uwagę, nawet jeśli do komercjalizacji wciąż daleka droga.