Wielu z nas zapewne chciałoby usłyszeć o tym, że perowskity staną się lada chwila skomercjalizowane. Niestety wciąż tak się nie dzieje (z małymi wyjątkami), a cały świat zalewają krzemowe panele słoneczne. Perowskitowe ogniwa wygrywają z krzemowymi tym, że zajmują o wiele mniej miejsca, mogą być elastyczne, ich procesy produkcyjne są o wiele tańsze i prostsze. Niestety owe zalety idą również w parze z kilkoma wadami.
Czytaj też: Fotowoltaiczne przechwalanki Chin. Czy oni oficjalnie mają najmocniejsze perowskity?
Przede wszystkim materiały absorbujące, czyli związki o strukturze perowskitu, od których niekiedy bierze się potoczna nazwa ogniw “perowskity”, nie zawsze oferują długiej żywotności oraz stabilności działania. Ponadto wydajność perowskitów w zależności od technologii potrafi być bardzo mała, co zupełnie nie zachęca przedstawicieli przemysłu do ich wykorzystywania na szeroką skalę.
Perowskity z dodatkiem cynku są nie tylko bardziej jednorodne, ale również wydajne
Naukowcy z amerykańskiego Uniwersytetu Karoliny Północnej w Chapel Hill opublikowali w Nature Communications wyniki swoich badań skupiających się wokół działania związków cynku na budowanie jednorodności folii perowskitowych. Uczeni dostrzegają jeden z problemów w naturze ogniw perowskitowych, który ma miejsce podczas procesów produkcyjnych, kiedy to związki jodku utleniają się do jodu cząsteczkowego. Prowadzi to do zaburzenia wewnętrznej struktury ogniwa, a tym samym do obniżenia jego finalnej wydajności.
Czytaj też: Chińskie perowskity zdominują świat. Za chwilę konkurencja nie będzie miała, co zbierać
Wobec tego badacze przeprowadzili eksperyment, dodając do atramentu perowskitowego (substancji, z której „odlewa się” ogniwo) pięć różnych soli cynku i wytwarzając pięć prototypów ogniw. Tymi solami były: mrówczan cynku, octan cynku, trifluorooctan cynku, trifluorometanosulfinian cynku i trifluorometanosulfonian cynku. Dla porównania parametrów pracy wykorzystano również ogniwo kontrolne bez dodatku cynku.
Badania były bardzo skrupulatne, ponieważ nie tylko testowano wpływ różnych soli, ale nawet różnych wartości ich stężenia (od 0,14 proc. do 0,55 proc.). Dzięki temu uzyskano wiarygodny wynik i wskazano niezaprzeczalnego zwycięzcę. Był nim trifluorometanosulfinian cynku o wzorze chemicznej Zn(OOSCF3)2 przy stężeniu 0,28 proc. Związek ten sprawił, że ogniwo charakteryzowało się średnim napięciem obwodu otwartego na poziomie 1,18 V oraz współczynnikiem wypełnienia wynoszącym 82 proc.
Znając skład i stężenie idealnej soli stworzono trzy finalne ogniwa perowskitowe o rozmiarach 78 cm2, 84 cm2 i 108 cm2. Dwa największe wykazały sprawność konwersji energii równą odpowiednio 19,6 i 19,21 proc. Wynik został potwierdzony certyfikatem Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej w USA (NREL) i jest obecnie rekordem dla modułów o tym rozmiarze.
Czytaj też: Perowskity zastąpią tradycyjne żarówki? Odczuwamy pierwsze skutki nowego prawa USA
Zastosowanie soli cynku jest ważną informacją dla przyszłych procesów produkcyjnych w przypadku perowskitów. Prototypy autorstwa uczonych z Karoliny Północnej nie są co prawda ogromnych rozmiarów, ale bez żadnych wątpliwości stanowią ważny wkład w ogół wiedzy na temat fotowoltaicznych ogniw przyszłości.