Przełomowe badanie przybliża ogniwa słoneczne z perowskitów do rzeczywistości
Pomimo znaczących postępów w efektywności konwersji energii ogniw słonecznych z perowskitów, ich stabilność i skalowalność wciąż nie jest w stanie dorównać konwencjonalnym ogniwom na bazie krzemu. Największy problem w tej kwestii sprowadza się do ich szybkiej degradacji oraz problemów ze stabilnością, ale oto właśnie pewni naukowcy spojrzeli na te ogniwa z wykorzystaniem nowoczesnych technik mikroskopowych i chcą teraz raz na zawsze przeskoczyć ograniczenia dręczące konkretny rodzaj perowskitowych ogniw słonecznych.
Czytaj też: Panele słoneczne generujące jeszcze więcej prądu. Te ogniwa okiełznały podczerwień
Przełomowe badanie opublikowane w czasopiśmie Nature Energy zostało przeprowadzone przez naukowców z Cambridge University, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie oraz Diamond Light Source i rzuca zupełnie nowe światło na wyzwania związane z rozwojem perowskitowych ogniw słonecznych. Pozwoliło bowiem uzyskać lepsze spojrzenie na procesy zachodzące na poziomie nanoskali, które wpływają na wydajność i degradację halogenkowych ogniw słonecznych z perowskitów. Dzięki nowatorskiemu połączeniu optycznych i rentgenowskich technik mikroskopowych, zespół zidentyfikował kluczowe czynniki wpływające na stabilność i wydajność ogniw, jednocześnie proponując strategie radzenia sobie z tymi problemami.
Czytaj też: Panele słoneczne i wiatraki zawiodły. Co dalej z polską energetyką?
Zacznijmy od tego, że ogniwa słoneczne z halogenkowych perowskitów składają się z wielu warstw, a w tym z warstwy perowskitowej oraz materiałów służących do ekstrakcji i transportu elektronów oraz dziur. Te warstwy wprowadzają złożoność, ponieważ niespójności w ich składzie chemicznym i właściwościach transportu ładunku mogą prowadzić do znacznych strat prądu i napięcia, wpływając tym samym negatywnie na ogólną wydajność. Ich dokładniejsze zbadanie umożliwiła z kolei hiperspektralna mikroskopia luminescencyjna oraz obrazowanie nano-fluorescencyjne rentgenowskie, pozwalając na precyzyjne śledzenie strat napięcia i prądu oraz składu chemicznego materiałów na poziomie nanoskali.
Czytaj też: Koniec kręcenia nosem na panele słoneczne. Znaleźli sposób, jak przekonać nawet Twoją żonę
Jednym z kluczowych odkryć jest fakt, że ogniwa słoneczne z perowskitów są bardzo tolerancyjne na chemiczne niejednorodności, ale wrażliwe na niespójności w procesie ekstrakcji ładunków. Ten „chaos” nie tylko obniża bieżącą wydajność, ale także przyspiesza degradację ogniw w czasie. Naukowcy udowodnili również, że te ogniwa mogą działać w ekstremalnych warunkach – od intensywnego upału po mroźne temperatury. Jednocześnie dokładne wyniki badań podkreślają potrzebę projektowania bardziej wytrzymałych konstrukcji, aby zapewnić ich długowieczność. Na tym jednak nie skończyły, bo naukowcy zawarli też we wnioskach potencjalne strategie minimalizowania strat prądu i zwiększania trwałości, takie jak optymalizacja składu materiałów i udoskonalanie architektury urządzeń. Teraz z kolei mają zamiar rozszerzyć swój zestaw narzędzi mikroskopowych i zbadać, jak stres środowiskowy wpływa na perowskitowe panele słoneczne – od poziomu atomowego po moduły na dużą skalę.