Saulės energijos revoliucija: perovskito elementai ateičiai!

Saulės energijos revoliucija: perovskito elementai ateičiai!

Naujų fotovoltinių medžiagų tyrimai įgauna pagreitį. Perovskitai, kurie laikomi ekonomiškai efektyvia klasikinių silicio saulės elementų alternatyva, yra ypač perspektyvūs. Šias išvadas padarė Friedricho-Aleksandro universiteto Erlangeno-Niurnbergo (FAU) mokslininkai, kurie Niurnbergo energetikos miestelyje (EnCN) intensyviai dirba ties elektros srautu perovskito medžiagose. Perovskito ląstelės gali sukelti saulės energijos revoliuciją.

Perovskito saulės elementai turi keletą privalumų. Jų gamyba yra pigesnė, palyginti su įprastais saulės elementais, kurių pagrindą sudaro daug energijos sunaudojantys silicio puslaidininkiai. Jie taip pat pasiekia aukštą efektyvumą, viršijantį 26 proc., ir pasižymi dideliu defektų toleravimu. Ši savybė leidžia jiems išlaikyti savo optoelektronines savybes net ir esant kristalinės struktūros defektams. Tačiau švino, kaip komponento šiose ląstelėse, naudojimas taip pat yra akivaizdus trūkumas, nes kelia pavojų aplinkai ir sveikatai.

Ilgalaikio stabilumo tyrimai

Pagrindinė dabartinių tyrimų tema yra ilgalaikis perovskito saulės elementų stabilumas. Tarptautinė komanda, vadovaujama prof. Antonio Abate, atliko tyrimą, siekdama ištirti ekstremalių temperatūrų ciklų poveikį šioms medžiagoms. Eksperimentinė tyrimo dalis apėmė temperatūros svyravimus nuo -150 °C iki +150 °C, kurie imitavo mikrostruktūrų elgseną ir ląstelių sluoksnių sąveiką ekstremaliomis sąlygomis. Rezultatai neseniai buvo paskelbti žurnale Nature Reviews Materials.

Tyrėjai nustatė, kad šiluminis įtempis vaidina lemiamą vaidmenį skaidant metalo halogenidų perovskitus. Šios ląstelės gali pasiekti iki 27 procentų efektyvumą, nors jų ilgalaikis stabilumas naudojant lauke laikomas abejotinu. Idealiu atveju saulės moduliai turėtų užtikrinti stabilų derlių mažiausiai 20–30 metų, kad būtų ekonomiškai gyvybingi.

Veiksmai, reikalingi tobulėjimui

Siekdami pagerinti stabilumą realiomis sąlygomis, FAU mokslininkai kuria puslaidininkinių jungčių defektų tolerancijos kriterijus. Perovskito ląstelių gamybos procesą būtų galima optimizuoti gerinant kristalų kokybę ir atitinkamus buferinius sluoksnius. Norint geriau suprasti naudojimo lauke iššūkius, taip pat reikalingi standartizuoti bandymų protokolai, skirti nustatyti stabilumą temperatūros pokyčių metu.

Apibendrinant galima pasakyti, kad perovskitų tyrimai siūlo daug žadančią perspektyvą pigiems ir ilgalaikiams saulės elementams, kuriuos galima lengviau pritaikyti įvairioms reikmėms. Nepaisant iššūkių, ypač susijusių su ilgalaikiu stabilumu ir švino kiekiu, tikslingas tolesnis šių technologijų vystymas gali būti labai svarbus būsimai fotovoltinės energijos krypčiai. FAU mokslininkai dirba siekdami patikimų aplinkai nekenksmingų medžiagų prognozių, siekdami rasti ilgalaikius sprendimus.