Perowskitowe panele słoneczne (PSC – perovskite solar cell) są jednym z najbardziej dynamicznych obszarów badań w sektorze fotowoltaiki. Perowskit może przyczynić się do rewolucji w branży energetyki słonecznej, a odkrycia kolejnych badaczy tylko przyśpieszają jej nadejście. Stworzony przez naukowców z Hong Kongu odwrócony panel perowskitowy osiągnął rekordową wydajność na poziomie 25,6%.

Rekordowa wydajność i wyjątkowa stabilność termalna

Badacze z City University of Hong Kong (CityU) stworzyli odwrócony panel perowskitowy na bazie samoorganizującej się monowarstwy cząsteczek. Dzięki warstwie tlenku niklu, urządzenie było w stanie wykazać rekordową wydajność na poziomie 25%. Wynalazek okazał się też mieć wyjątkowo dużą stabilność termalną – po ponad 1000 godzinach pracy w temperaturze rzędu 65°C, panel zachował 90% swojej wydajności.

Przełomowość odkrycia kryje się za skomplikowanymi pojęciami naukowymi. Wyjaśnijmy więc o co chodzi i dlaczego tak duża wydajność to ważny krok na drodze ku rewolucji energetycznej. Panele perowskitowe występują w dwóch głównych odmianach – zwykłej (PSC) i odwróconej (IPSC). Pierwsze z nich skonstruowane są w formule “n-i-p”, gdzie światło wpada do panelu przez warstwę transportującą elektrony, a następnie trafia do tak zwanej warstwy transportującej dziury (HTL – hole-transport layer), by potem być “przerobionym” na prąd. IPSC mają odwrotną budowę, a więc “p-i-n” – światło najpierw pada na HTL, a dopiero potem na warstwę transportującą elektrony.

Jaka w praktyce jest różnica między tymi dwoma rozwiązaniami? PSC są bardziej wydajne – ostatni rekord padł w kwietniu tego roku i wyniósł 33,7%. Niestety ich stabilność jest niska, a więc nie zachowują wysokiej wydajności na długo, zwłaszcza w ekstremalnych warunkach temperaturowych. Dlatego równolegle nauka rozwija również IPSC, które mimo mniejszej wydajności są znacznie bardziej stabilne i potrafią utrzymać dobrą jakość pracy na jednolitym poziomie mimo skrajnych temperatur. Obydwa typy paneli perowskitowych są w stanie produkować energię nie tylko ze światła słonecznego, ale również sztucznego.

Pierwsze na świecie perowskitowe cenniki fotowoltaiczne polskiej firmy są testowane na stacji benzynowej Orlenu

Cienka warstwa molekuł pomogła utrzymać wysoką stabilność

Naukowcy z CityU stworzyli IPSC o rekordowej wydajności i dużej stabilności dzięki samoorganizującej się monowarstwie (SAM – self-assembled monolayer) molekuł opartych na nanocząsteczkach tlenku niklu. Bez wchodzenia w szczegóły – SAM to bardzo cienka warstwa pojedynczych cząstek elementarnych, która spontanicznie tworzy się na danej powierzchni. Początkowe wyniki badań z użyciem SAM-u na panelu nie wiązały się jednak z sukcesem.

– Odkryliśmy, że wpływ wysokiej temperatury powoduje rozpad wiązań chemicznych między molekułami SAM-u, co negatywnie wpływa na działanie urządzenia. Naszym rozwiązaniem było dodanie odpornej na temperatury zbroi – warstwy nanocząsteczek tlenku niklu z ułożonym na górze SAM-em. Udało się to osiągnąć przez połączenie różnych podejść eksperymentalnych i teoretycznych kalkulacji – czytamy w badaniu opublikowanym przez badaczy z CityU w magazynie “Science”.

Połączenie odpowiednio dobranych warstw materiałów pozwoliło na stworzenie urządzenia, które charakteryzuje się rekordową wydajnością jeśli chodzi o odwrócone panele perowskitowe. Badania nad tym wyjątkowym materiałem nadal trwają, a pobijanie kolejnych rekordów w tym, jak dobrze działają i jak stabilne są perowskity, stało się przedmiotem naukowego wyścigu, w którym kolejne granice osiągają zespoły badawcze z całego świata. Poprzedni rekord dla IPSC padł w czerwcu tego roku – należał do naukowców z Singapuru i wynosił 24,35%, a więc zaledwie 1,25 punktu procentowego mniej niż najnowsze osiągnięcie zespołu z Hong Kongu.

– Czytaj także: Polska bogini słońca – Olga Malinkieiwcz, perowskity i słoneczna rewolucja

Źródło: pv-magazine.com, ceramics.org, focus.pl

Fot. City University of Hong Kong

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.