Επανάσταση στην ηλιακή ενέργεια: Κυψέλες περοβσκίτη για το μέλλον!

Επανάσταση στην ηλιακή ενέργεια: Κυψέλες περοβσκίτη για το μέλλον!

Η έρευνα για νέα υλικά για φωτοβολταϊκά κερδίζει δυναμική. Οι περοβσκίτες, που θεωρούνται μια οικονομικά αποδοτική εναλλακτική λύση στα κλασικά ηλιακά κύτταρα πυριτίου, είναι ιδιαίτερα ελπιδοφόρα. Αυτά τα ευρήματα προέρχονται από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Friedrich-Alexander Erlangen-Nuremberg (FAU), οι οποίοι εργάζονται εντατικά για τη ροή ηλεκτρικής ενέργειας σε υλικά περοβσκίτη στην Ενεργειακή Πανεπιστημιούπολη της Νυρεμβέργης (EnCN). Οι κυψέλες περοβσκίτη έχουν τη δυνατότητα να επιφέρουν επανάσταση στην ηλιακή ενέργεια.

Τα ηλιακά κύτταρα Perovskite έχουν πολλά πλεονεκτήματα. Η παραγωγή τους είναι φθηνότερη σε σύγκριση με τα συμβατικά ηλιακά κύτταρα, τα οποία βασίζονται σε ενεργοβόρους ημιαγωγούς πυριτίου. Επίσης, επιτυγχάνουν υψηλή απόδοση άνω του 26 τοις εκατό και παρουσιάζουν υψηλή ανοχή σε ελαττώματα. Αυτή η ιδιότητα τους επιτρέπει να διατηρούν τις οπτοηλεκτρονικές τους ιδιότητες ακόμη και με την παρουσία ελαττωμάτων στην κρυσταλλική δομή. Ωστόσο, η χρήση μολύβδου ως συστατικού σε αυτά τα κύτταρα είναι επίσης ένα σαφές μειονέκτημα καθώς εγκυμονεί κινδύνους για το περιβάλλον και την υγεία.

Έρευνα για τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα

Ένα κεντρικό θέμα της τρέχουσας έρευνας είναι η μακροπρόθεσμη σταθερότητα των ηλιακών κυψελών περοβσκίτη. Μια διεθνής ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Antonio Abate διεξήγαγε μια μελέτη για να διερευνήσει τις επιπτώσεις των ακραίων κύκλων θερμοκρασίας σε αυτά τα υλικά. Το πειραματικό μέρος της μελέτης περιελάμβανε διακυμάνσεις θερμοκρασίας μεταξύ -150 °C και +150 °C, οι οποίες προσομοίωσαν τη συμπεριφορά των μικροδομών και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των στρωμάτων των κυττάρων κάτω από ακραίες συνθήκες. Τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν πρόσφατα στο περιοδικό Nature Reviews Materials.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η θερμική καταπόνηση παίζει καθοριστικό ρόλο στην αποικοδόμηση των περοβσκιτών αλογονιδίων μετάλλων. Αυτά τα κύτταρα μπορούν να επιτύχουν αποτελεσματικότητα έως και 27 τοις εκατό, αν και η μακροχρόνια σταθερότητά τους σε εξωτερική χρήση θεωρείται αμφισβητήσιμη. Τα ηλιακά πάνελ θα πρέπει ιδανικά να παρέχουν σταθερές αποδόσεις για τουλάχιστον 20 έως 30 χρόνια για να είναι οικονομικά βιώσιμα.

Βήματα που απαιτούνται για βελτίωση

Προκειμένου να βελτιωθεί η σταθερότητα υπό πραγματικές συνθήκες, οι ερευνητές της FAU αναπτύσσουν κριτήρια για την ανοχή ελαττωμάτων στις συνδέσεις ημιαγωγών. Η διαδικασία κατασκευής των κυψελών περοβσκίτη θα μπορούσε να βελτιστοποιηθεί μέσω βελτιώσεων στην κρυσταλλική ποιότητα καθώς και κατάλληλων στρώσεων απομόνωσης. Τυποποιημένα πρωτόκολλα δοκιμών για τον προσδιορισμό της σταθερότητας κατά τις αλλαγές θερμοκρασίας είναι επίσης απαραίτητα για την καλύτερη κατανόηση των προκλήσεων της χρήσης σε εξωτερικούς χώρους.

Συνοπτικά, η έρευνα για τους περοβσκίτες προσφέρει μια πολλά υποσχόμενη προοπτική για ηλιακά κύτταρα χαμηλού κόστους και μεγάλης διάρκειας που μπορούν να προσαρμοστούν πιο εύκολα σε διάφορες εφαρμογές. Παρά τις προκλήσεις, ιδίως όσον αφορά τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα και το περιεχόμενο μολύβδου, η στοχευμένη περαιτέρω ανάπτυξη αυτών των τεχνολογιών θα μπορούσε να είναι κρίσιμη για τη μελλοντική κατεύθυνση των φωτοβολταϊκών. Οι ερευνητές της FAU εργάζονται για να κάνουν αξιόπιστες προβλέψεις για υλικά φιλικά προς το περιβάλλον, προκειμένου να βρουν μακροπρόθεσμες λύσεις.