Rewolucja w energetyce słonecznej: Ogniwa perowskitowe przyszłości!

Rewolucja w energetyce słonecznej: Ogniwa perowskitowe przyszłości!

Badania nad nowymi materiałami do fotowoltaiki nabierają tempa. Szczególnie obiecujące są perowskity, uważane za opłacalną alternatywę dla klasycznych krzemowych ogniw słonecznych. Odkrycia te pochodzą od badaczy z Uniwersytetu Friedricha Aleksandra w Erlangen-Nuremberg (FAU), którzy intensywnie pracują nad przepływem energii elektrycznej w materiałach perowskitowych w kampusie energetycznym w Norymberdze (EnCN). Ogniwa perowskitowe mają potencjał, aby spowodować rewolucję w energii słonecznej.

Ogniwa słoneczne perowskitowe mają kilka zalet. Ich produkcja jest tańsza w porównaniu do konwencjonalnych ogniw słonecznych, które bazują na energochłonnych półprzewodnikach krzemowych. Osiągają także wysoką sprawność przekraczającą 26 procent i wykazują dużą tolerancję na wady. Ta właściwość pozwala im zachować swoje właściwości optoelektroniczne nawet w przypadku wystąpienia defektów w strukturze kryształu. Jednakże stosowanie ołowiu jako składnika tych ogniw jest również wyraźną wadą, ponieważ stwarza ryzyko dla środowiska i zdrowia.

Badania stabilności długoterminowej

Głównym tematem bieżących badań jest długoterminowa stabilność perowskitowych ogniw słonecznych. Międzynarodowy zespół kierowany przez prof. Antonio Abate przeprowadził badanie w celu zbadania wpływu ekstremalnych cykli temperatur na te materiały. Część eksperymentalna badań obejmowała wahania temperatury od -150°C do +150°C, co symulowało zachowanie mikrostruktur i interakcje pomiędzy warstwami komórek w ekstremalnych warunkach. Wyniki opublikowano niedawno w czasopiśmie Nature Reviews Materials.

Naukowcy odkryli, że stres termiczny odgrywa kluczową rolę w degradacji perowskitów metalohalogenkowych. Ogniwa te mogą osiągać wydajność do 27 procent, chociaż ich długoterminowa stabilność podczas stosowania na zewnątrz jest uważana za wątpliwą. Aby moduły fotowoltaiczne były opłacalne, w idealnym przypadku powinny zapewniać stabilną wydajność przez co najmniej 20–30 lat.

Kroki wymagane do poprawy

Aby poprawić stabilność w warunkach rzeczywistych, badacze z FAU opracowują kryteria tolerancji defektów w połączeniach półprzewodnikowych. Proces produkcji ogniw perowskitowych można zoptymalizować poprzez poprawę jakości kryształów oraz odpowiednie warstwy buforowe. Aby lepiej zrozumieć wyzwania związane z użytkowaniem na zewnątrz, konieczne są również ustandaryzowane protokoły testowe w celu określenia stabilności podczas zmian temperatury.

Podsumowując, badania nad perowskitami oferują obiecującą perspektywę w zakresie tanich i trwałych ogniw słonecznych, które można łatwiej dostosować do różnych zastosowań. Pomimo wyzwań, zwłaszcza związanych z długoterminową stabilnością i zawartością ołowiu, ukierunkowany dalszy rozwój tych technologii może mieć kluczowe znaczenie dla przyszłego kierunku fotowoltaiki. Naukowcy z FAU pracują nad opracowaniem wiarygodnych prognoz dotyczących materiałów przyjaznych dla środowiska, aby znaleźć długoterminowe rozwiązania.