Naukowcy odkryli nową technikę produkcji ultra-wydajnych paneli słonecznych
W przeciwieństwie do konwencjonalnych modułów fotowoltaicznych z krzemu, które wymagają energochłonnych procesów produkcyjnych, ogniwa perowskitowe mogą być wytwarzane szybciej, łatwiej i taniej. Dzięki temu technologia ta stanowi perspektywiczne rozwiązanie dla globalnej ekspansji energii słonecznej. Jednak pomimo licznych zalet, kluczowym problemem pozostawała niedostateczna stabilność materiału i to właśnie próbują ciągle zmienić specjaliści z całego świata.
Czytaj też: Kesteritowe panele słoneczne osiągają niesamowite wyniki. Co to oznacza dla branży?
Tym razem zespół badaczy z Uniwersytetu Pekińskiego opracował nowatorską metodę interkalacji-dekalacji jodu, która znacząco poprawia wydajność i stabilność ogniw perowskitowych. Mowa o nie lada wyniku, bo dzięki tej metodzie, ogniwa mogą osiągnąć sprawność konwersji energii na poziomie ponad 24%. To przełomowe odkrycie rozwiązuje kluczowe problemy, które do tej pory utrudniały rozwój technologii fotowoltaicznych opartych na perowskitach. Trudno się temu dziwić, bo tak się składa, że naukowcy skupili się na jednym z największych ograniczeń w rozwoju ogniw perowskitowych.
Odkąd tylko poznaliśmy potencjał ogniw z perowskitów, wiedzieliśmy, że problemem koniecznym do rozwiązania jest nietrwałość jodku trójformamidyniowo-ołowiowego (FAPbI₃), czyli kluczowego składnika, który trudno utrzymać w stabilnej strukturze w temperaturze otoczenia. Tak się bowiem składa, że pod wpływem światła słonecznego i wysokiej temperatury materiał ten ulega degradacji, co prowadzi do obniżenia sprawności i skrócenia żywotności ogniw. Dlatego też, aby rozwiązać ten problem, profesor Zhou i jej zespół opracowali strategię interkalacji-dekalacji jodu (wprowadzania i usuwania), co pozwoliło na stabilne formowanie struktury FAPbI₃ bez konieczności dodawania innych pierwiastków, co było zresztą dotychczas stosowaną praktyką, ale daleką od optymalnej.
Czytaj też: Fotowoltaika i panele słoneczne w Polsce. Był sukces, teraz są obawy
Wprowadzanie cząsteczek jodu do ogniwa perowskitowych wspomaga tworzenie wysokiej jakości warstwy o jednolitej strukturze, podczas gdy ich usuwanie następuje podczas kontrolowanego podgrzewania, umożliwiając odparowanie zbędnych cząsteczek i uzyskanie czystego, homogenicznego materiału o minimalnej liczbie defektów. Dzięki temu ogniwa uzyskują nie tylko wyższą wydajność, ale również lepszą odporność na degradację. Potwierdza to fakt, że zastosowanie tej technologii pozwoliło osiągnąć rekordową sprawność rzędu 24,6% oraz znaczną poprawę trwałości ogniw. W testach laboratoryjnych naukowcy potwierdzili, że 99% początkowej sprawności ogniw utrzymało się po 1100 godzinach pracy w temperaturze 85°C pod stałym naświetlaniem, a one same wykazują znacznie większą odporność na starzenie się materiału w porównaniu do wcześniejszych wersji.
Czytaj też: Chiny pokazały, jak się to robi. Lepiej schowaj swoje panele słoneczne
To osiągnięcie oznacza przełomowy krok w kierunku komercjalizacji perowskitowych ogniw fotowoltaicznych, czyniąc je znacznie bardziej konkurencyjnymi wobec tradycyjnych technologii. Jeśli dalsze badania potwierdzą skuteczność tej technologii w warunkach rzeczywistych, możemy doczekać się szybszej komercjalizacji perowskitowych ogniw na szeroką skalę, znaczącego obniżenia kosztów energii odnawialnej oraz znacznie lepszej dostępności fotowoltaiki w krajach rozwijających się, gdzie koszty instalacji są kluczowym czynnikiem.