Przełom w fotowoltaice. Ogniwa perowskitowe usprawnione

Perowskitowe ogniwa fotowoltaiczne mogą być montowane na wielu różnych powierzchniach, dzięki czemu są o wiele bardziej elastyczną technologią, niż klasyczne ogniwa wykorzystywane w typowych modułach fotowoltaicznych. Perowskity mogą być więc wykorzystywane wszędzie tam, gdzie brakuje przestrzeni na klasyczne moduły, a potrzebna jest generacja energii. Technologia ta nie jest pozbawiona wad.

Największe problemy perowskitów dotyczą żywotności ogniw, która jest wyraźnie krótsza, niż w przypadku stosowanych powszechnie ogniw krzemowych. Niekorzystne dla ogniw perowskitowych jest też działanie na nie zróżnicowanych wartości temperatury, a produkcja prądu ze światła słonecznego wiąże się z wysokimi temperaturami.

Jak czytamy w serwisie sciencedaily.com, temperatury działające na ogniwa słoneczne mogą osiągać bardzo wysokie wartości, co bezpośrednio przekłada się na żywotność i sprawność ogniw perowskitowych.

- Światło słoneczne może nagrzać ogniwo fotowoltaiczne do 80 stopni Celsjusza. W ciemności ogniwo natychmiast schładza się do temperatury otoczenia. Powoduje to duże naprężenia mechaniczne w cienkiej warstwie mikrokryształów perowskitu, powodując defekty, a nawet lokalne przejścia fazowe, przez co cienka warstwa traci swoją jakość - tłumaczy prof. Antonio Abate.

Zespół pod kierownictwem prof. Abate skupił się na tym, by wyeliminować tę słabość perowskitów. Skupili się na tym, by zmodyfikować cienką warstwę perowskitu pod kątem chemicznym. Efekty są zadowalające.

- Zoptymalizowaliśmy strukturę urządzenia i parametry procesu, bazując na wcześniejszych wynikach i finalnie osiągnęliśmy zdecydowaną poprawę za pomocą b-poli (1,1-difluoroetylenu) lub w skrócie b-p-V2F - mówi Guixiang Li.

Cząsteczki b-pV2F przypominają łańcuch zygzakowaty zajęty przez naprzemienne dipole. Zgodnie ze słowami profesora Abate polimer ten wydaje się owijać poszczególne mikrokryształy perowskitu w cienką warstwę, tworząc przy tym rodzaj poduszki, chroniącej przed naprężeniami termomechanicznymi.

Cała praca naukowców przełożyła się na wyprodukowanie ogniw o wydajności na poziomie 24,6 proc., co stanowi rekord dla architektury p-i-n. Nowe ogniwa perowskitowe były testowane w skrajnych warunkach - poddano je stu cyklom w temperaturze od -60 do 80 stopni Celsjusza i naświetlano je przez 1000 godzin światłem odpowiadającym słonecznemu. Przekłada się to na eksploatację, której doświadczyłyby przez rok na zewnątrz.

Nowy wariant ogniw perowskitowych dobrze sprawdził się podczas tej wymagającej próby. Ich sprawność w tak trudnych warunkach wynosiła 96 proc. początkowej. Choć do dogonienia długowieczności klasycznych ogniw jest jeszcze daleko, takie osiągnięcia, jak to, którego dokonali naukowcy pod przewodnictwem prof. Abate, dają nadzieję, że w ciągu najbliższych lat uda się wyeliminować kolejne wady tej technologii, dzięki czemu jej zastosowanie będzie mogło być znacznie bardziej powszechne.