Panele słoneczne ewidentnie można jeszcze ulepszyć, a nawet ulepszyć do tego stopnia, że rynek poczuje wszerz i wzdłuż, co to znaczy “fotowoltaiczna rewolucja”. Szczególnie dobrze widać to przy perowskitach. Wokół nich od dawna narosło mnóstwo oczekiwań, bo oferują bardzo wysoką sprawność i kuszą perspektywą tańszej produkcji niż klasyczne ogniwa krzemowe. Jednocześnie mają słaby punkt, którego nie da się zamieść pod dywan marketingowym hasłem – trwałość. Wilgoć, wahania temperatury i dłuższa praca poza sterylnymi warunkami laboratoryjnymi wciąż pozostają jednym z najpoważniejszych hamulców tej technologii. Właśnie dlatego najnowsza praca zespołu z Sewilli zasługuje na uwagę nie tylko przez fakt czerpania energii z kropel deszczu.
Prąd z kropli deszczu i ze słońca naraz. Ta technologia brzmi jak przyszłość fotowoltaiki
Badacze z ICMS pokazali światu hybrydowe urządzenie oparte na ogniwie perowskitowym oraz bardzo cienkiej warstwie ochronnej wykonanej techniką plazmową. Ta powłoka ma około 100 nanometrów grubości, czyli zaledwie 0,1 mikrometra, a jej rola jest podwójna. Z jednej strony działa jak zabezpieczenie chemiczne i środowiskowe, ograniczając wpływ wilgoci na delikatne ogniwo. Z drugiej pełni funkcję powierzchni triboelektrycznej, a więc takiej, która potrafi zamienić energię mechaniczną kropli wody na sygnał elektryczny. Innymi słowy, zespół nie próbował zbudować “panelu na deszcz”, tylko dodać do perowskitu warstwę, która jednocześnie chroni i odzyskuje energię z opadów.
Czytaj też: Opatentowali szalony pomysł na akumulator dla samochodów. Będzie ruszał się w rytm jazdy
Według publikacji zoptymalizowana warstwa typu CFx, pracująca w trybie triboelektrycznym, osiągała piki napięcia obwodu otwartego do 110 V pod wpływem kropli deszczu. Nie oznacza to, że cały gotowy panel w normalnej pracy oddaje 110 V do jakiegoś odbiornika użytkowego. Autorzy zaznaczają, że w samym hybrydowym urządzeniu PSC/D-TENG uzyskali około 12 V na kroplę, a pokaz praktyczny objął zasilenie matryc LED przez własny konwerter podwyższający napięcie. Szczegóły zmieniają więc “rewolucyjny poziom” tego dzieła, ale nie zmieniają faktu, że sam koncept jest interesujący.
Czytaj też: Chiny budują “super akumulator”. Największy taki obiekt na świecie powstanie w górach
Autorzy podają, że warstwa zachowuje ponad 90 proc. przezroczystości, a po enkapsulacji najlepsze ogniwa utrzymały sprawność konwersji na poziomie 17,9 proc. W trybie samego generatora kroplowego mowa była o maksymalnej gęstości mocy rzędu około 4 mW/cm2, czyli około 40 W/m2 w przeliczeniu na jednostkę powierzchni. W dodatku układ zachował ponad 85 proc. początkowego sygnału po ponad 17 tys. uderzeń kropli, a hybrydowe urządzenie pracowało przez ponad 5 godzin przy jednoczesnym oświetleniu i ciągłym skapywaniu wody. Nie są to wprawdzie parametry, które zwiastują kres klasycznym panelom fotowoltaicznym, ale są wystarczająco dobre, by myśleć o niszach, w których liczy się autonomiczność, a nie duża moc.
Czas na rewolucję fotowoltaiczną?
Na tę chwilę nie mówimy o “rewolucyjnym panelu słoneczno-deszczowym”, którego można zamówić do domu, na balkon albo na dach garażu. W grę wchodzi tylko laboratoryjne dzieło, jedno z wielu zresztą, które przybliża ludzkość do wykorzystania perowskitowych paneli fotowoltaicznych, ale droga nadal jest usłana problemami. Główną barierą na drodze ku rozpowszechnieniu tych paneli pozostają stabilność, skuteczna enkapsulacja, niezawodność w długim czasie pracy oraz kwestie związane z kontrolą i zarządzaniem związkami ołowiu powstającymi przy degradacji materiału. To nie znaczy, że perowskity stoją w miejscu.
Czytaj też: Historyczny moment. Przetransportowali serce elektrowni jądrowej, jak byle paczkę
Według najnowszego wykresu NREL, czyli amerykańskiego National Renewable Energy Laboratory, rekordowa sprawność badawczych pojedynczych ogniw perowskitowych sięga już 27,3 proc., a tandemów perowskitowo-krzemowych 35,0 proc. Równolegle Oxford PV informuje, że jako pierwsza firma wysłała komercyjne moduły tandemowe perowskit-krzem i rozwija produkcję w Brandenburgii. Tyle że to inna część tej samej historii. Rynek pcha dziś perowskity głównie w stronę coraz wydajniejszych tandemów, natomiast rozwiązanie z Sewilli jest ciekawe dlatego, że dokłada jeszcze jeden element – próbę odzysku energii z deszczu oraz poprawę odporności na pogodę.
Źródła: CORDIS, EurekAlert!, ScienceDirect, NREL