Panele słoneczne z nanokryształów ustanawiają nowy rekord wydajności
Zespół naukowców z Instytutu Nauk Fotonicznych (ICFO) opracował innowacyjną technikę postdepozycyjnej pasywacji in situ (P-DIP), która znacząco zwiększa wydajność ogniw słonecznych zbudowanych z ultracienkich warstw nanokryształów. Ten enigmatycznie określany proces ma na celu poprawę właściwości materiałów, takich jak cienkowarstwowe ogniwa słoneczne, a to poprzez zwiększanie ich ochrony przed degradacją oraz poprawianie ich wydajności. Dlatego właśnie to osiągnięcie jest tak ważne, bo przybliża ekologiczne ogniwa słoneczne do konkurencyjności rynkowej, a to samo w sobie stanowi obiecujący krok w kierunku zrównoważonej energii.
Czytaj też: Lepsze telewizory i wydajniejsze panele słoneczne. Naukowcy przeszli samych siebie
Sednem tego sukcesu jest nowatorska technika P-DIP, która minimalizuje defekty powierzchni na filmach nanokryształów. W praktyce ma ona przypominać “wygładzenie wyboistej drogi, aby umożliwić płynny ruch pojazdów”, co w przypadku ogniw słonecznych sprowadza się do wygładzenia powierzchni nanokryształów. Taka praktyka pozwala nośnikom ładunku (elektronom i dziurom) przemieszczać się bez zakłóceń, co z kolei skutkuje lepszą wydajnością energetyczną. Innymi słowy, naukowcy nadali zupełnie nowy sens panelom słonecznym zbudowanym z nanokryształów.
W swojej pracy zespół skupił się na koloidalnych nanokryształach siarczku srebra i bizmutu (AgBiS₂), które charakteryzują się wysokim współczynnikiem absorpcji. Ten materiał jest idealny dla ultracienkich ogniw słonecznych, a to dlatego, że efektywnie absorbuje światło nawet w cienkich warstwach, co z kolei czyni go doskonałym kandydatem do zastosowań w zrównoważonej energii. Jednak do tej pory osiągnięcie wysokiej jakości warstw z nanokryształów AgBiS₂ stanowiło wyzwanie z powodu defektów powierzchniowych, które obniżało wydajność. Tradycyjne metody, takie jak jednorazowe osadzanie lub warstwowanie, nie były w stanie zapewnić warstwo wysokiej jakości bez defektów, a to akurat jest konieczne do osiągnięcia optymalnej wydajności.
Czytaj też: Chińskie panele słoneczne Hi-MO X10 z rekordem świata. Sprawność na niespotykanym poziomie!
Wspomniana technika P-DIP polega tutaj na dodaniu wielofunkcyjnego środka molekularnego zawierającego chlor do atramentu nanokryształowego AgBiS₂. Środek ten nie tylko stabilizuje nanokryształy, ale także umożliwia ich równomierne rozprowadzenie w roztworze. Gwarantuje to, że powłoka na ogniwie słonecznym jest jednorodna, a to akurat redukuje defekty morfologiczne, które przeszkadzają w ruchu nośników ładunku. Takie potraktowanie ekologicznych ogniw słonecznych sprawia, że ich konwersja mocy przekracza 10%, co z kolei stanowi ich rekordową wartość. Tyczy się to również współczynnika wypełnienia, który sięga również rekordowych 72%.
Czytaj też: Przełom w fotowoltaice. Połączyli dwa materiały i stworzyli rewolucyjne panele słoneczne
To przełomowe odkrycie ma szerokie implikacje dla przyszłości pozyskiwania prądu ze słońca. Wysoka sprawność konwersji mocy potwierdziła, że ekologiczna technologia solarna może konkurować z tradycyjnymi ogniwami słonecznymi. Ma to szczególne znaczenie w kontekście rosnącej potrzeby czystych źródeł energii i materiałów, które minimalizują wpływ na środowisko. Dodatkowo sukces strategii pasywacji P-DIP otwiera nowe możliwości dla badań i rozwoju, umożliwiając potencjalnie także innym materiałom nanokryształowym osiągnięcie podobnie wysokiej wydajności. Jeśli takie metody staną się szeroko stosowane, to w najbliższych latach możemy doczekać się nowej generacji ultracienkich, wydajnych i ekologicznych ogniw słonecznych na rynku.