Przełom prosto z Finlandii. Organiczne ogniwa słoneczne o niespotykanej trwałości i wydajności
Fińscy naukowcy osiągnęli właśnie przełomowy kamień milowy w technologii słonecznej, opracowując zaawansowane organiczne ogniwa słoneczne. Stawili tym samym czoła ogromnemu wyzwaniu w tej technologii, a więc balansowaniem wydajności oraz trwałości. Owocem tego są ogniwa, które cechują się imponującą wydajnością na poziomie 18% oraz rekordową żywotnością operacyjną wynoszącą 24700 godzin, co z kolei odpowiada niemal 16 latom ciągłej pracy. Innymi słowy, specjaliści stworzyli właśnie coś, co może zrewolucjonizować produkcję energii odnawialnej, otwierając drogę do praktycznych i masowych zastosowań ciągle niszowych ogniw organicznych.
Czytaj też: Panele słoneczne i ich zaskakująca cena, czyli odkrywamy ukryty koszt fotowoltaiki
Organiczne ogniwa fotowoltaiczne stanowią przykład nowoczesnej technologii wytwarzania energii elektrycznej z promieniowania słonecznego. Opiera się na zastosowaniu organicznych materiałów półprzewodnikowych, takich jak polimery czy małe cząsteczki organiczne. Działają w ramach czterech faz, bo absorpcji światła przez generujący ekscytony organiczny materiał półprzewodnikowy, rozdzielenia ładunków na elektrony i dziury, ich transport do elektrod oraz finalnie generowania prądu na elektrodach. Ich zaletami jest elastyczność, niska waga opcja barwienia na różne kolory oraz stosunkowo niewielkie koszty produkcji, ale wady są znacznie dotkliwsze, bo te ogniwa fotowoltaiczne dręczy niska efektywność (do 15-20%), trwałość oraz stabilność termiczna.
Czytaj też: Chiny pokazały, jak się to robi. Lepiej schowaj swoje panele słoneczne
Naukowcy skupili się na odwróconych strukturach organicznych ogniw słonecznych, znanych ze swojej stabilności, ale historycznie pozostających w tyle pod względem wydajności. Rozwiązując związany z nimi kluczowy mechanizm strat, który sprowadzał się do problemów z rekombinacją w warstwie dolnego kontaktu, badacze znacznie poprawili zarówno wydajność, jak i trwałość. Tak też, projektując te przełomowe ogniwa organiczne, specjaliści zastosowali cienką warstwę pasywacyjną z azotku tlenku krzemu (SiOxNy) na cynkowym kontakcie dolnym ogniw. To innowacyjne podejście wyeliminowało straty związane z rekombinacją, umożliwiając ogniwom osiągnięcie ponad 18-procentowej wydajności oraz rekordową żywotność na poziomie 24700 godzin pod białym światłem.
Czytaj też: Masz panele słoneczne? Eksperci alarmują – zagrożenie jest większe, niż przewidywaliśmy
Ten przełom jest o tyle ważny, że organiczne ogniwa słoneczne zyskują coraz większe uznanie jako zrównoważona alternatywa dla tradycyjnych ogniw krzemowych. Ich lekka, elastyczna konstrukcja oraz energooszczędna produkcja czynią te ogniwa szczególnie atrakcyjnymi dla zastosowań takich jak przenośna elektronika, fotowoltaika zintegrowana z budynkami czy technologia ubieralna. Ostatnie osiągnięcia pozwoliły też na przekroczenie 20% wydajności tych ogniw w warunkach laboratoryjnych, choć problemy z trwałością wciąż ograniczają ich adaptację. Czas więc pokaże, czy cokolwiek w zakresie komercjalizacji zmieni się w sektorze ogniw organicznych.