Ogniwa fotowoltaiczne z perowskitów są tanie i proste w produkcji. Obecnie naukowcy pracują nad zwiększeniem ich wydajności, aby uczynić je bardziej kuszącymi dla przemysłu, czyli stworzyć alternatywną technologię dla krzemowych systemów PV.

Perowskitowe ogniwo fotowoltaiczne, jak sama nazwa wskazuje, wykorzystuje w swojej strukturze materiały z grupy perowskitów – są to najczęściej organiczno-nieorganiczne sole ołowiu. Materiały te pozwalają na tworzenie naprawdę tanich ogniw PV . Obróbka tego surowca jest prosta. Ogniwa takie osiągają całkiem dobrą wydajność konwersji, jednakże głównym problemem, który uniemożliwia obecnie ich komercjalizację, jest brak stabilności chemicznej.

Perowskity charakteryzują się ograniczoną stabilnością. W ramach europejskiego projektu GOTSOLAR naukowcy z Szwajcarii i Polski pracują nad opracowaniem trwałych i wydajnych perowskitów do budowy ogniw fotowoltaicznych. Zespół technologów i chemików z tych krajów już zademonstrował z powodzeniem strukturę, która charakteryzuje się istotnie mniejszą ilością defektów niż konkurencyjne propozycje.

Jak tłumaczy zespół naukowców, wyższą jakość materiału udało się uzyskać dzięki wykorzystaniu zupełnie nowego podejścia. Za sprawą mechanochemii wytworzono superczysty perowskit, pozbawiony defektów. Zamiast syntezować materiał w klasyczny sposób, naukowcy wyprodukowali go z pomocą specjalnych młynów.

Mechanochemia jest zupełnie nowym działem nauk chemicznych, który bada wzajemne oddziaływania pomiędzy drobno zmielonymi drobinami ciał stałych oraz reakcje jakie zachodzą na skutek mechanicznej aktywacji substratów.

Perowskity to ogromna rodzina materiałów o ogólnym wzorze ABX₃, które charakteryzują się kubicznymi kryształami. Atomy A umieszczone są w środku sześcianu, atomy X znajdują się na środku każdej ze ścianek, a atomy B w rogach struktury. Nazwa tej rodziny materiałów wzięła się od naturalnie występującego minerału –  tytanianu wapnia (CaTiO₃ ) – nazwanego tak na cześć rosyjskiego geologa, Lwa Perowskiego.

„Podczas badań nad tymi związkami naukowcy szybko spostrzegli, że możliwe jest zmienianie własności fizycznych otrzymywanego materiału, jeśli podmieni się wapń, tytan i tlen innymi atomami lub nawet związkami organicznymi”, mówią badacze. Obecnie najczęściej testowanym materiałem jest (CH₃NH₃)PbI₃, gdzie na pozycji A znajduje się jon metyloamonowy, na pozycji B ołów, a jony jodu zajęły pozycję X.

Omawiany projekt jest pierwszym, w ramach którego pokazano, że materiał ten może zostać zsyntezowany z wykorzystaniem metod mechanochemicznych. Badacze udowodnili też, że z wykorzystaniem tych procedur można wytwarzać związki, które w pozycji A mają np. mieszankę różnych jonów. Pozwala to na dostosowanie składu materiału do konkretnego zastosowania, a tych perowskity mają sporo – oprócz fotowoltaiki związki są przydatne w elektronice czy fotokatalizie.

O jakości perowskitu decyduje ładunek elektryczny na powierzchni poszczególnych komórek. Gdy jest zbyt duży, materiał będzie szybko degradował.

Uzyskany podczas mechanochemicznej syntezy perowskit charakteryzował się wysoką jednorodnością otrzymanej warstwy i bardzo niskim jej ładunkiem. Jednorodność warstwy – brak defektów – sprawia, że wydajność takiego ogniwa jest wyższa niż konkurencyjnych. Badacze z konsorcjum zaprezentowali ogniwa, w których warstwa perowskitów miała zaledwie 300 nanometrów, a już działały one z pełną wydajności. Znacznie obniża to koszty ich produkcji.

źródło: phys.org

Fot.: Canva

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.