Ogniwa perowskitowo-krzemowe od dawna są jednym z najbardziej kuszących kierunków w fotowoltaice. Ich zasada jest prosta, bo dolna warstwa krzemowa robi to, co krzem robi od dekad, a górna warstwa perowskitowa przechwytuje inną część widma słonecznego. Efekt? Zamiast jednego materiału próbującego poradzić sobie ze wszystkim, dostajemy układ dwóch współpracujących warstw. Zresztą ten temat tandemowych ogniwach perowskitowo-krzemowych wałkuję praktycznie każdego tygodnia od lat. Gdzie więc leży dzisiejszy przełom?
Perowskity są jak zdolne, ale zbyt kruche dziecko
Perowskity przez lata miały łatkę technologii genialnej w laboratorium i wręcz bezsensownej poza nim. Chodzi nie tylko o trwałość, wilgoć, temperaturę czy degradację, czyli kwestie regularnie wracające przy słabościach perowskitowych ogniw słonecznych. Chodzi także o produkcję warstwy aktywnej. Ma być bowiem ona równa, cienka, produkcyjnie spójna, możliwa do nanoszenia na dużych powierzchniach i najlepiej w pełni kompatybilna z tym, jak faktycznie wyglądają nowoczesne ogniwa krzemowe.
Czytaj też: Chiny chcą prądu z kosmosu. Energetyka przyszłości, czy wstęp do filmu katastroficznego?
Tutaj zaczyna się właściwy temat. Badacze nie pokazali bowiem po prostu kolejnego tandemu. Pokazali za to szybki proces próżniowy, który w 10 minut tworzy warstwę perowskitową bez użycia rozpuszczalników. Metoda nazywa się close-space sublimation, czyli w skrócie CSS. W praktyce działa to tak, że materiał źródłowy odparowuje w próżni, przemieszcza się na dystansie zaledwie kilku milimetrów i osadza na powierzchni krzemowego ogniwa, gdzie reaguje oraz tworzy warstwę perowskitową.
Czytaj też: Aż trudno mi uwierzyć w tę historię. Elektrownie węglowe ewidentnie zwalczają fotowoltaikę
Oznacza to, że materiały prekursorowe nie muszą wędrować przez rozbudowany układ komory, tylko pokonują bardzo krótki dystans między źródłem a powierzchnią ogniwa. Dzięki temu proces może być szybki, a jednocześnie bardziej oszczędny materiałowo. Badacze podkreślają też możliwość ponownego wykorzystania źródeł, co przy produkcji przemysłowej jest jednym z elementów decydujących o kosztach. Zespół dopracował również skład samego materiału, aby warstwa perowskitowa przechwytywała konkretny fragment promieni słonecznych i tym samym lepiej uzupełniała dolną część krzemową.
24,3 procent nie jest rekordem, ale nie o rekord tu chodzi
W świecie tandemów perowskitowo-krzemowych widzieliśmy już znacznie wyższe liczby co do sprawności, bo przecież rekordy badawczych ogniw przekraczają okolice 34-35 procent w zależności od kategorii i powierzchni próbki. NREL prowadzi zestawienie najlepszych potwierdzonych sprawności ogniw badawczych, a chińska firma LONGi jeszcze w 2025 roku informowała o 34,85 procent dla dwuzłączowego tandemu krzemowo-perowskitowego o powierzchni 1 cm². Jednak 24,3 procenta sprawności w tym konkretnym ogniwie nie jest najważniejsze.
Najważniejsze w tym badaniu jest to, że korzystając ze swojego procesu, zespół uzyskał zbliżone wyniki na różnych powierzchniach krzemowych i to bez zmieniania parametrów. Na gładkim krzemie uzyskali 23,5 procent, na powierzchni nanostrukturyzowanej 23,7 procent, a na mikrostrukturyzowanej już 24,3 procent. To ostatnie jest szczególnie istotne, bo teksturowane powierzchnie krzemowe są ważne dla wysokowydajnych ogniw, ale jednocześnie utrudniają równomierne pokrycie kolejną warstwą. Innymi słowy, ta praca zbliża perowskity do produkcji masowej.
Czytaj też: A takie fajne panele słoneczne były, bo tanie i wydajne. No to teraz pękają
W laboratorium można czasem przygotować warstwę w warunkach tak precyzyjnych, że później technologia rozpada się na etapie skalowania i kosztów. Tutaj zaś mamy odwrotny akcent, bo szybkość, brak rozpuszczalników, małe zużycie prekursorów, możliwość ponownego użycia źródeł materiału i działanie na trudniejszych powierzchniach. Są to te cechy, które mogą obniżać koszt produkcji, choć oczywiście między “mogą” a “obniżą” jest jeszcze długa droga.
Próżnia może być bardziej praktyczna niż możemy się spodziewać
Najbardziej cenię w tej pracy to, że nie próbuje udawać gotowego przełomu rynkowego. Jest to nadal etap badawczy, choć opublikowany w renomowanym magazynie i oparty na współpracy zespołów z KIT oraz Uniwersytetu w Walencji, z udziałem badaczy z Argentyny i Francji. Teraz jednak kluczowe będzie to, czy da się zamienić CSS w stabilny, powtarzalny i tani proces na większych powierzchniach.
Źródła: Nature Energy, KIT
