Grafen i perowskity – innowacyjne ogniwa PV

Zarówno grafen jak i perowskity to materiały, do których produkcji i udoskonalenia przyczynili się polscy naukowcy. To dzięki ich użyciu może nastąpić rozwój produkcji wysokowydajnych ogniw fotowoltaicznych, mogących równać się lub przewyższać sprawności standardowych krzemowych rozwiązań, niejednokrotnie zapewniając niższe koszty produkcji. Cele są ambitne, natomiast realizacja jest na etapie badań laboratoryjnych.

Grafen, który ma zastosowanie jako składnik wielu elementów elektronicznych, to swego rodzaju paradoks jeśli chodzi o jego wykorzystanie w fotowoltaice. Jest to bowiem zjawisko wykorzystania węgla do produkcji czystej energii. Grafen to, podobnie jak np. grafit, odmiana alotropowa pierwiastka węgla. Posiada on specyficzną strukturę, którą określa się mianem dwuwymiarowej. Przypomina ona siatkę lub plaster miodu, który ma grubość jednego atomu. Mimo tak małej grubości struktura ta jest niezwykle wytrzymała, co udowodnili naukowcy z Uniwersytetu Columbia. Przeprowadzili oni testy, usiłując rozerwać wiązania atomowe grafenu diamentową sondą, które wypadły na korzyść materiału. Ponadto charakteryzuje się on doskonałą przewodnością cieplną. Polski zespół z Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych (ITME) stworzył technologię, która pozwala na produkowanie taniego grafenu o najwyższej jakości.

Trwają badania nad wykorzystaniem tego materiału również w fotowoltaice. Naukowcy z A*STAR Institute of High Performance Computing w Singapurze chcą zastąpić nim elektrody dotychczas wykonywane z tlenku indu i cyny. Grafen w tym przypadku pozwala na zwiększenie wydajności ogniw, gdyż przepuszcza on około 2 razy więcej światła niż pierwotnie używane materiały. Ponadto udowodniono, że wykorzystanie czterech warstw grafenu może skutecznie zastąpić dotychczasowe elektrody i zachować odpowiednio wysoką wydajność.

Jedna z nowoczesnych metod pomiarowych pozwoliła na zbadanie możliwości konwersji światła na energię elektryczną przez grafen. Wyniki  pokazały, że jeden foton jest w stanie wybić więcej niż 1 elektron. Dzięki tej właściwości panele PV mogą znacznie zyskać na efektywności. Zdaniem europejskich inżynierów, wkrótce będzie możliwe stworzenie ogniw cechujących się sprawnością na poziomie 60 proc.

Ostatnio, dzięki Polce – Oldze Malinkiewicz, która w marcu 2014 r. otrzymała główną nagrodę w prestiżowym konkursie naukowym Photonics21, dużo mówi się o perowskitach w fotowoltaice. Są to nieorganiczne związki chemiczne o dziwnie brzmiącej nazwie, która pochodzi od minerału perowskitu CaTiO3, reprezentatywnego przedstawiciela grupy. Występują one naturalnie oraz mogą być pozyskiwane laboratoriach w procesie syntezy chemicznej. Perowskity charakteryzują się doskonałym stopniem pochłaniania światła, lepszym niż arsenek galu. W związku z tą właściwością mogą pochłaniać światło w ultracienkich warstwach, co wpływa na zmniejszenie zużycia materiału, który produkowany w laboratorium i tak jest tani, a jego zasoby nieograniczone. Innowacyjne jest to, że tak cienki materiał można na jakąś powierzchnię nadrukować.

Perowskitowe ogniwa fotowoltaiczne są bardzo perspektywicznym rozwiązaniem, jakie mogłoby wpłynąć na znaczny postęp branży. Tanie komponenty, łatwość integracji z siecią, ich elastyczność, przezroczystość i bardzo niska waga, mogą doprowadzić do sytuacji, kiedy każdy z nas będzie mógł pozwolić sobie na zakup zintegrowanych z perowskitami urządzeń. Będą się one charakteryzować możliwością doładowywania baterii za pomocą promieni słonecznych padających na cienką folię naklejoną np. na ekran telefonu. Tak innowacyjne pomysły powodują spore zainteresowanie naukowców w kwestii udoskonalania sprawności tego rozwiązania.

Dzisiejsza wizja ogniw perowskitowych to nie klasyczne panele stawiane na dachu czy gruncie, ale designerskie elementy wkomponowane w urządzenia bądź nadrukowywane na ubrania czy plecaki, które mają produkować prąd. Staje się to możliwe dzięki właściwościom nowej technologii.

Wykorzystanie zarówno grafenu jak i perowskitów niesie za sobą wizję ogromnego postępu w możliwościach wykorzystania promieniowania słonecznego do produkcji prądu. Człowiek jako społeczność i jednostka, właśnie dzięki takim rozwiązaniom może stać się w coraz mniejszym stopniu uzależniony od tradycyjnych dostawców energii. Dodatkowo, jako czysta technologia, nie powodują one niekorzystnego wpływu na otoczenie podczas eksploatacji.

Previous Article

Hałas miejski może być źródłem czystej energii

Next Article

PSE: ograniczenia w dostawach prądu

Dodaj komentarz