Nowe ogniwa słoneczne z perowskitu i krzemu. Tak będzie wyglądała przyszłość fotowoltaiki

Rozwój paneli słonecznych trwa, a wraz z każdym kolejnym osiągnięciem w laboratorium, rośnie też szansa na to, że rynek fotowoltaiki doczeka się rewolucji. Tym razem są na to szanse za sprawą osiągnięcia międzynarodowego zespołu naukowców, którzy opracowali specyficzną powłokę ostrzową dla tandemowych paneli słonecznych.
Nowe ogniwa słoneczne z perowskitu i krzemu. Tak będzie wyglądała przyszłość fotowoltaiki

Powłoka ostrzowa, czyli jak wycisnąć jeszcze więcej z paneli słonecznych i ruszyć z ich produkcją

Świat doczekał się wyjątkowych tandemowych ogniw słonecznych w formie połączenia perowskitu i krzemu, które osiągnęły imponującą sprawność konwersji mocy, bo na poziomie aż 31,2%. To osiągnięcie było możliwe dzięki współpracy specjalistów z Królewskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii Króla Abdullaha (KAUST) w Arabii Saudyjskiej oraz Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) w Niemczech, którzy skupili się na skalowalności i stabilności tej obiecującej technologii fotowoltaicznej. Pamiętajmy bowiem, że dziś podstawową formą paneli słonecznych w sklepach są te krzemowe o efektywności w okolicach 23%, ale ciągle rozwijane panele perowskitowe mają wynieść ten poziom grubo powyżej 30%. Problem w tym, że trwałość perowskitów jest bardzo niska i dlatego też naukowcy stawiają często na tandemowe ogniwa perowskitowo-krzemowe, które łączą zalety obu światów.

Czytaj też: Chiny mają nowe akumulatory. Prądu jest w nich tyle, że elektryczne samochody nabiorą nowego sensu

Struktura opisywanego ogniwa tandemowego łączy w jednym warstwy perowskitu i krzemu, wykorzystując mocne strony każdego z materiałów, aby osiągnąć jeszcze wyższą sprawność względem tego, co mogłaby osiągnąć każda warstwa oddzielnie. Poprzez dostrojenie wymiarowości perowskitu 2D, zespół naukowców w swojej pracy zminimalizował niedopasowanie poziomu energii na granicy między warstwami 2D i 3D, co poprawiło ekstrakcję dziur i ogólną wydajność. Ta zoptymalizowana konfiguracja przyniosła sprawność na poziomie 31,2%, co zostało potwierdzone przez Instytut Fraunhofera ds. Systemów Energetycznych (ISE). Musimy wprawdzie pamiętać, że rekordzistą w tej kwestii jest chińskie ogniwo tandemowe firmy Longi o sprawności 34,6%, ale różnica między tymi dwoma ogniwami jest ogromna. Chiński produkt może bowiem nigdy nie trafić do masowej produkcji, a ten najnowszy już tak.

Czytaj też: Wydrukowali w 3D nowy stop. Teraz chcą zrewolucjonizować generowanie prądu

Wyjątkowość nowego ogniwa słonecznego sprowadza się do wykorzystania w procesie produkcji powlekania ostrzowego, które zastępuje tradycyjne powlekanie przez wirowanie, spisujące się dobrze tylko w laboratoryjnych warunkach. Powlekanie ostrzowe oferuje skalowalne rozwiązanie, które można znacznie lepiej dostosować do masowej produkcji perowskitowych ogniw słonecznych. W jego ramach zespół badawczy może nanieść warstwę perowskitu trójwymiarowego (3D) na warstwę perowskitu dwuwymiarowego (2D) w strukturze ogniwa, co umożliwia zastosowanie odwróconej struktury p-i-n, która poprawia wydajność ekstrakcji ładunków elektrycznych i minimalizuje straty energetyczne. Wszystko to przy zachowaniu racjonalnej trwałości, bo to nowo opracowane ogniwo tandemowe wykazało przyzwoitą stabilność, zachowując około 80% początkowej sprawności po 1700 godzinach ciągłej ekspozycji na światło. Ta trwałość ma być głównie wynikiem solidnej kompozycji perowskitu oraz zaawansowanej struktury warstw, które zwiększają odporność ogniwa na stres środowiskowy.

Czytaj też: Jak wyciskać z paneli słonecznych jeszcze więcej prądu? SolarEdge pokazało inwerter idealny

Udane wdrożenie powłok ostrzowych w warstwach perowskitowych nie jest byle osiągnięciem, bo w praktyce oznacza znaczący postęp w technologii ogniw tandemowych perowskit-krzem. Technologia ta nie tylko obiecuje zwiększenie sprawności, ale także uczynienie wysokowydajnych ogniw słonecznych bardziej dostępnymi komercyjnie. Dlatego też, w miarę jak badacze kontynuują udoskonalanie tej technologii, może ona przyspieszyć wdrażanie rozwiązań opartych na perowskitach, potencjalnie obniżając koszty energii słonecznej i tym samym zwiększając dostęp do czystych, odnawialnych źródeł energii.