USA i Chiny ręka w rękę po najlepsze perowskity świata. Wydajność ogniw zwala z nóg

Czy może być jakaś inna technologia fotowoltaiczna, która wyprze z rynku lub przynajmniej solidnie zagrozi krzemowym panelom słonecznym? W tej chwili zapewne przychodzą nam na myśl perowskity. Niedawne badania amerykańsko-chińskiego zespołu ukazały, że tego typu ogniwa słoneczne mogą osiągnąć wyższą wydajność od krzemowych kuzynów.
Przykładowe ogniwa perowskitowe / źródło: University of Oxford Press Office, Wikimedia Commons, CC-BY-2.0

Przykładowe ogniwa perowskitowe / źródło: University of Oxford Press Office, Wikimedia Commons, CC-BY-2.0

Perowskity to tak naprawdę związki halogenkowe o strukturze perowskitów. Od dekad są one obiektem badań pod kątem zastosowania w nowej generacji fotowoltaiki. Niemniej do tej pory cały czas coś działało nie po myśli naukowców. Prototypowe ogniwa albo cechowały się małą wydajnością, albo ich żywotność i stabilność pozostawiały wiele do życzenia.

Czytaj też: Perowskity w miejsce krzemu to nie mrzonki. Nowa metoda czyni tę wizję wyjątkowo realną

Amerykańsko-chiński zespół badaczy z Uniwersytetu Westlake, Instytutu Materiałów Półprzewodnikowych Shangyu, Uniwersytetu Zhejiang, Uniwersytetu Fudan oraz Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles i Narodowego Laboratorium Lawrence’a w Berkeley zaprezentowali nowy sposób na obróbkę perowskitów. W rezultacie nowo opracowane ogniwo przekroczyło wydajność dzisiejszych krzemowych modułów, czyli około 22-23 proc.

Graficzny abstrakt artykułu naukowego w Joule (Ter – związek terpirydyny) / źródło: https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.01.020

Perowskity pasywowane niezwykłym związkiem chemicznym. W ten sposób ogniwo osiągnęło wysoką wydajność

Z artykułu na łamach periodyku Joule dowiadujemy się, że główna część prac badawczych polegała na wykorzystaniu π-cząsteczek terpirydyny w formie zasady Lewisa do pasywacji defektów powierzchniowych. Obróbka perowskitów tą substancją skutecznie działała także przy wysokich stężeniach. Okazało się, że nawet wtedy roztwór jest całkowicie bezpieczny dla struktury ogniwa – nie uszkadza absorbera i nie obniża sprawności konwersji energii.

Czytaj też: Perowskity da się recyklingować. Dzięki innowacyjnej metodzie ta technologia nabiera sensu

Zastosowanie π-cząsteczek terpirydyny sprawiło, że naukowcy otrzymali perowskitowe ogniwo słoneczne o wydajności 25,24 proc. Wystawiając je przez 2664 godziny na ekspozycję, traci ono jedynie 10 proc. początkowej siły i 18 proc. po 2976 godzinach ogrzewania w wysokich temperaturach. Prototyp urządzenia charakteryzował się także gęstością prądu zwarciowego na poziomie 25,97 mA/cm2, napięciem obwodu otwartego rzędu 1,19 V i współczynnikiem wypełnienia – 81,65 proc.

Czytaj też: Polskie perowskity prawie gotowe! Twórcy wskazują, że do sukcesu brakuje tylko jednego

Amerykanie i Chińczycy w swoich badaniach zwracają uwagę na kluczową rolę pasywacji w procesie tworzenia ogniw słonecznych na bazie perowskitu. Odkryli oni tak naprawdę nowe generacje związków, tzw. pasywatorów, które skutecznie niwelują defekty powierzchniowe bez względu na ich stężenie zastosowanych związków. A to przesuwa technologię perowskitową o jeden, mały krok naprzód w stronę jej komercjalizacji.