Prawdziwą piętą achillesową perowskitowych ogniw słonecznych pozostaje fakt, że gdy tylko opuszczały kontrolowane warunki laboratoryjne, to ich sprawność zaczynała gwałtownie spadać. Ta fundamentalna niestabilność skutecznie blokuje ich drogę do sklepów i na dachy domów. Wygląda jednak na to, że wreszcie znaleziono sposób, by realnie przedłużyć ich życie. Grupie naukowców z Chin, Makau i Francji udało się opracować metodę, która nie tylko podnosi sprawność, ale przede wszystkim znacząco poprawia trwałość. Kluczem do sukcesu okazało się sięgnięcie po sprawdzone rozwiązania z zupełnie innej branży.
Walka z wewnętrznym wrogiem. Jak chemia może uratować ogniwa?
Głównym problemem perowskitów wystawionych na działanie światła i tlenu jest powstawanie rodników ponadtlenkowych. Te agresywne cząsteczki dosłownie rozsadzają od środka delikatną strukturę krystaliczną materiału, prowadząc do szybkiej degradacji. Badacze z Hebei University of Technology, Kunming University of Science and Technology, Macau University of Science and Technology oraz Chimie ParisTech postanowili zaatakować ten proces w zarodku.
Czytaj też: Wyciągnęli asa z rękawa. Ten akumulator zniesie 4000 ultraszybkich ładowań bez zgonu
Nowy pomysł polegał na wprowadzeniu do ogniwa specjalnego związku chemicznego, bo stabilizatora znanego jako HALS, który od lat z powodzeniem chroni przed degradacją tworzywa sztuczne. Kluczową zaletą tej metody jest jej prostota. Ogniwa z dodatkiem HALS zostały bowiem wytworzone w zwykłych warunkach otoczenia, co jest ogromnym atutem z perspektywy potencjalnej, tańszej produkcji na większą skalę.
Czytaj też: Reakcja, która wymknęła się spod kontroli. Tak rodzi się nowa generacja akumulatorów
HALS działa na dodatek w podwójny sposób, przypominając nieustającego strażnika. Jego pierwsza funkcja polega na ciągłym neutralizowaniu rodników ponadtlenkowych. W uproszczeniu, cząsteczka HALS pożera szkodliwe rodniki, sama się przy tym regenerując, co pozwala jej działać cyklicznie przez bardzo długi czas. Innymi słowy, jest to jak samoodnawialny filtr. Jednocześnie stabilizator HALS pełni drugą, niezwykle ważną rolę. Jego grupy funkcyjne wiążą się z naturalnie występującymi wadami w strukturze perowskitu, takimi jak niedosycone jony ołowiu czy luki jodowe. Ten proces, zwany pasywacją, prowadzi do powstania większych i bardziej regularnych ziaren krystalicznych oraz gładszych warstw. Skutek jest prosty, bo w efekcie elektrony mogą się swobodniej poruszać, tracąc mniej energii, co bezpośrednio przekłada się na wyższą sprawność i stabilność całego urządzenia.
Dodali HALS do perowskitowych ogniw. Liczby robią wrażenie
Efekty zastosowania tej chemicznej tarczy są naprawdę imponujące. Zespół badawczy osiągnął certyfikowaną sprawność konwersji mocy na poziomie 26,74 procenta. To obecnie rekord dla tzw. odwróconych ogniw perowskitowych i wartość, która zaczyna poważnie konkurować z dojrzałymi ogniwami krzemowymi. Jeszcze ważniejsze są jednak dane dotyczące trwałości. Nieenkapsulowane ogniwa, czyli pozbawione dodatkowej, ochronnej obudowy, zachowały ponad 95 procent początkowej wydajności po ponad 1000 godzinach ciągłego naświetlania.
Czytaj też: Zaskakujący efekt obróbki stali. Akumulator nie rośnie, ale zasięg już tak
Największą nadzieją związaną z tą metodą jest jej potencjalna łatwość wdrożenia. Strategia z użyciem HALS wydaje się stosunkowo prosta do zintegrowania z istniejącymi, skalowalnymi procesami produkcyjnymi. Oznacza to, że producenci nie musieliby zaczynać wszystkiego od zera, co zawsze jest kluczowe dla obniżenia kosztów. Same perspektywy zastosowań są szerokie. Szczególnie atrakcyjnie wyglądają panele słoneczne zintegrowane bezpośrednio z fasadami budynków oraz moduły tandemowe, łączące warstwę perowskitu z warstwą krzemu. Te ostatnie mogłyby teoretycznie wykorzystać najsilniejsze strony obu materiałów, osiągając jeszcze wyższą całkowitą sprawność.
Warto jednak pamiętać, że droga od obiecujących wyników laboratoryjnych do masowej produkcji i rzeczywistej obecności na dachach jest długa i usiana pułapkami. Testy w skali przemysłowej, długoterminowa odporność na prawdziwe, zmienne warunki pogodowe oraz kwestie związane z recyclingiem – to wszystko nadal wymaga weryfikacji. Mimo to, połączenie wysokiej sprawności, znacznie poprawionej trwałości i prostej ścieżki produkcyjnej to najsilniejszy sygnał od lat, że perowskity mogą naprawdę wyjść z cienia i stać się praktyczną technologią. To nie jest jeszcze rewolucja, ale bardzo wyraźny i potrzebny krok w jej kierunku.