Brytyjczycy uruchamiają produkcję grafenu na skalę przemysłową
Póki co grafen nie znalazł jeszcze większego zastosowania w technologiach fotowoltaicznych. Taką szansę stwarza jednak uruchomienie produkcji tego surowca na przemysłową skalę.
Cambridge Nanosystems, firma utworzona przez naukowców z University of Cambridge, rozpoczyna przemysłową produkcję grafenu w zakładzie w Cambridge. Jednym z założycieli Cambridge Nanosystems jest Polak dr Krzysztof Kozioł.
– Chcielibyśmy uczynić z Cambridge Nanosystems wiodącego dostawcę grafenu na skalę globalną, tak by stał się on istotnym materiałem udoskonalającym dzisiejsze produkty, ale także pozwalającym na rozwój nowych rynków i branż – informuje na łamach Gazeta.pl dr Krzysztof Kozioł.
W celu produkcji grafenu Cambridge Nanosystems opracowało metodę bazującą na wykorzystaniu gazów cieplarnianych – m.in. dwutlenku węgla.
Uruchomienie przemysłowej produkcji i uzyskanie efektu skali stwarza szansę na spadek kosztów grafenu, a dzięki temu jeszcze bardziej może się nim zainteresować rynek fotowoltaiczny. Grafen jest bowiem uznawany za materiał, który może obniżyć koszty produkcji energii słonecznej.
Grafen jest 100 razy twardszy od stali, charakteryzuje się niskim ciężarem właściwym, dużą elastycznością i wytrzymałością, wysokim przewodnictwem elektrycznym i cieplnym. Od krzemu wykorzystywanego w panelach fotowoltaicznych przewodzi prąd 50 razy lepiej. Dzięki wysokiej aktywności katalitycznej grafen można ponadto wykorzystać w systemach konwersji oraz magazynowania energii.
Polski patent na tanią produkcję grafenu posiada Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych (ITME).
Sprawność paneli fotowoltaicznych wykonanych z grafenu wynosiłaby co prawda zaledwie 1-2%, jednak ten materiał posiada zalety, które mogą przyczynić się do rozwoju technologii PV. – Grafen, oprócz tego, że o wiele lepiej przewodzi prąd, ma jeszcze tę przewagę nad krzemem, że jest niezwykle cienki. (…) Najcieńsza warstwa krzemu naniesiona na baterię słoneczną jest do 50 razy grubsza. Gdyby więc, jak wyliczyli naukowcy, stworzyć z grafenu podobnie gruby panel fotowoltaiczny, to produkowałby on tysiąc razy więcej energii na jednostkę masy niż ten z krzemu – informuje serwis Wyborcza.pl.
Nad wykorzystaniem grafenu w technologiach fotowoltaicznych pracują także naukowcy mi.n. z amerykańskich Michigan Technology University i Massachusetts Institute of Technology (MIT).
– Grafen może pracować przy każdym spektrum światła, nie ma na świecie żadnego innego materiału, który posiadałby taką właściwość. Jest w dodatku elastyczny, wytrzymały, stosunkowo tani i można go łatwo połączyć z innymi materiałami – komentuje na łamach MIT Technology Review Andrea Ferrari z Cambridge University.
Jak czytamy w MIT Technology Review, maksymalna sprawność konwersji światła słonecznego w energię w przypadku tradycyjnego ogniwa fotowoltaicznego może wynieść ok. 30%, natomiast w przypadku ogniwa, w którym zastosujemy grafen, maksymalna osiągalna sprawność może teoretycznie wzrosnąć dwukrotnie. Potwierdzają to badania przeprowadzone przez hiszpański instytut ICFO we współpracy z naukowcami z MIT, które wskazują na duże możliwości wykorzystania grafenu m.in. w ogniwach fotowoltaicznych trzeciej generacji, czyli w tzw. ogniwach barwnikowych.
Dotychczas opracowane ogniwa trzeciej generacji są cienkie, elastyczne i łatwe w wykonaniu. Posiadają niestety jedną dość istotną wadę, a mianowicie ich głównym składnikiem jest platyna, czyli jeden z najdroższych metali na świecie, co jednocześnie powoduje brak możliwości powszechnego zastosowania tego rodzaju ogniw.
Odpowiednikiem dla drogiej platyny może być właśnie grafen, ale nie w znanej dotąd strukturze 2D, a w nowo syntetyzowanej 3D. Jak twierdzą naukowcy, nowa metoda syntezy grafenu nie jest ani skomplikowana ani trudna, a wytwarzanie z niego przeciwelektrod, do czego dotychczas wykorzystywano platynę, nie jest problematyczne. Przeprowadzone badania pokazują, że ogniwo wyposażone w grafenową przeciwelektrodę potrafi przekształcić około 7,8% energii słonecznej na elektryczną, podczas gdy sprawność ogniw zawierających platynę wynosi ok. 8%.
Grafen można też zastosować w ogniwach tandemowych, łącząc ten materiał m.in. z perowskitem. W ubiegłym roku naukowcy z hiszpańskiego Universitat Jaume I w Castelló i Oxfordu opracowali ogniwo fotowoltaiczne z półprzewodnikowego nanokompozytu grafen–dwutlenek tytanu oraz perowskitu. – Nowe urządzenie składa się z kilku warstw nakładanych w temperaturze niższej niż 150°C. Stosunkowo wysoka sprawność oraz niewysokie temperatury fabrykacji, wpływają korzystnie na sposobność produkcji perowskitowych ogniw z dodatkiem grafenu i TIO2 – informuje serwis materiałyinzynierskie.pl.
gramwzielone.pl
