Nowy rekord ogniwa słonecznego z kesterytu. Komercjalizacja do 2030
Wspomniany minerał postrzegany jest jako materiał uzupełniający lub zastępujący w przyszłości rozwiązania fotowoltaiczne oparte na krzemie. Naukowcy wykorzystali wodór, aby podnieść końcową wydajność nowego ogniwa słoneczngo.
Grupa badaczy z University of New South Wales (UNSW) pobiła światowy rekord wydajności dla ogniwa słonecznego z kesterytu. Najnowszy wynik, o którym poinformowali oficjalnie naukowcy z Australii, wynosi 13,2 proc.
Czym jest kesteryt?
Kesteryt (z ang. kesterite) to związek chemiczny o wzorze Cu₂ZnSn(S,Se)₄, wykorzystywany jako materiał półprzewodnikowy w cienkowarstwowych ogniwach słonecznych. Nazwa pochodzi od minerału kesterite, który został po raz pierwszy odkryty w kopalniach cyny w Kornwalii, Anglia. Składa się z czterech pierwiastków: miedzi (Cu), cynku (Zn), cyny (Sn) oraz siarki (S) lub selenu (Se), zależnie od wersji kesterytu (kiedy siarka jest częściowo lub całkowicie zastąpiona selenem, materiał określa się jako selenokesteryt).
Kesteryt występuje jako rzadki minerał, jego naturalne występowanie jest ograniczone. W kontekście technologii ogniw słonecznych materiał ten jest syntezowany sztucznie. Jak tłumaczy przedstawicielka grupy badawczej, aby zsyntetyzować kesteryt, w dużym uproszczeniu, należy połączyć wymienione cztery pierwiastki i podgrzać je do określonej temperatury. Problem pojawia się jednak w momencie, gdy należy kontrolować powstające defekty, które wpływają na obniżenie wydajności półprzewodnika.
Wodór jako udoskonalenie
Jak twierdzą badacze, maksymalna sprawność fotowoltaiczna kesterytu utrzymywała się dotychczas na poziomie około 11 proc., ale wynik ten został pobity przez zespół naukowców z UNSW dzięki dodaniu wodoru do procesu, co pozwala zniwelować powstające w procesie defekty i zwiększyć końcowo wydajność konwersji promieniowania słonecznego na energię elektryczną do poziomu 13,2 proc.
Naukowcy z UNSW liczą, że w ciągu najbliższego roku uda im się przesunąć niedawno osiągniętą granicę sprawności w kierunku 15 proc., a do 2030 roku skomercjalizować ogniwa fotowoltaiczne wykonane na bazie kesterytu.
A perowskit?
Zespół z UNSW, oprócz podnoszenia wydajności ogniw kesterytowych, pracuje także intensywnie nad rozwojem ogniw perowskitowych, które w tym momencie oferują wyższą sprawność w porównaniu do kesterytu, ale charakteryzują się wyższym poziomem degradacji. Jednakże już obecnie w połączeniu z krzemem stanowią obiecującą technologię.
W pierwszej połowie 2024 roku informowaliśmy, że naukowcy z Uniwersytetu we Freiburgu oraz Instytutu Fraunhofera ISE przeprowadzili symulacje trójwarstwowego ogniwa słonecznego składającego się z dwóch warstw perowskitowych i jednej krzemowej. Dostosowując grubość poszczególnych warstw i modyfikując pasma wzbronione, uzyskali teoretyczną sprawność konwersji energii na poziomie 44,3 proc.
Chociaż badanie przeprowadzone przez niemieckich naukowców miało charakter symulacyjny, wyniki sugerują duży potencjał dla wysokowydajnych ogniw tandemowych bazujących na krzemie i perowskicie.
Radosław Błoński
redakcja@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy Gramwzielone.pl Sp. z o.o.
