Jest nowy rekord sprawności barwnikowych ogniw słonecznych
Naukowcy z Politechniki Federalnej w Lozannie (EPFL) ustanowili nowy rekord sprawności dla barwnikowych ogniw fotowoltaicznych (DSC). Postęp osiągnęli dzięki udoskonaleniu kontroli gromadzenia się cząsteczek barwnika na powierzchni dwutlenku tytanu (TiO2). Jak twierdzą, wyniki ich badań torują drogę do szerszego wykorzystania tego typu ogniw w przemyśle.
Barwnikowe ogniwa słoneczne (ang. Dye-sensitized solar cells – DSC) mają zdolność konwersji światła w energię elektryczną za pośrednictwem tzw. fotosensybilizatorów adsorbowanych (związanych) na powierzchni nanokrystalicznych mezoporowatych warstw dwutlenku tytanu (TiO2) wraz z elektrolitami lub stałymi materiałami transportującymi ładunki. Fotosensybilizatory są związkami chemicznymi, które wykazują zdolność do pochłaniania promieniowania świetlnego o różnym zakresie długości fali i przekazywania tej energii substancjom, które dalej biorą udział w reakcjach fotochemicznych.
Dzięki takim swoim cechom jak przezroczystość (wielokolorowość) i stosunkowo niskie koszty produkcji ogniwa DSC wykazują potencjał zastosowań przy budowach fasach, świetlików bądź szklarni, w których mogą stanowić jedno ze źródeł zasilania.
Zdaniem naukowców zrozumienie i kontrolowanie rozmieszczenia cząsteczek barwnika na powierzchni warstw nanocząsteczek TiO2, które sprzyjają wytwarzaniu ładunku elektrycznego, to kwestia kluczowa w udoskonaleniu sprawności DSC.
W ramach najnowszych badań naukowcy z Politechniki Federalnej w Lozannie opracowali udoskonaloną metodę wstępnej adsorpcji monowarstwy pochodnej kwasu hydroksamowego na powierzchni TiO2 w celu poprawy „upakowania” molekularnego barwnika. Skutkuje to poprawą sprawności fotowoltaicznej dwóch nowo zaprojektowanych fotosensybilizatorów, które wykazują zdolność do zbierania promieniowania z szerszego spektrum.
Rekord sprawności
Starania naukowców przyniosły rezultat – zanotowali oni rekord sprawności barwnikowych ogniw słonecznych. Najlepiej działające ogniwa fotowoltaiczne wykazywały sprawność konwersji energii na poziomie 15,2 proc., a te o większej powierzchni aktywnej (2,8 cm2) – maksymalną sprawność konwersji na poziomie 30,2 proc. Warto dodać, że naukowcy odnotowali stabilność operacyjną DSC po ponad 500 godzinach testów.
Okazało się, że znalezienie odpowiedniej kombinacji barwników, które mogą osiągnąć wysoką wydajność absorpcji światła i konwersji, było kluczowym wyzwaniem dla grupy, wymagającym długiego procesu projektowania, syntezy i przesiewowych badań molekularnych. Jak tłumaczą naukowcy, to właśnie związki barwnikowe odgrywają istotną rolę w całym procesie. Pochłaniają one światło i „wstrzykują” elektrony do szeregu nanokryształów tlenków, którą są następnie zbierane w postaci energii elektrycznej.
Elewacja bazująca na DSC
W 2014 roku zainstalowano 1,4 tys. barwnikowych modułów słonecznych na elewacji SwissTech Convention Centre. Każdy moduł ma wymiar 350 x 500 mm, a cała instalacja zajmuje powierzchnię 300 m2. Zastosowana DSC występuje w pięciu różnych odcieniach pomarańczu, zieleni i czerwieni.
Wówczas wspomniana fasada była pierwszym tego typu projektem na świecie. Dużą zaletą systemu jest obojętność na kąt padania promieniowania słonecznego w kontekście wydajności. Już wtedy badacze dostrzegali dodatkowe zalety rozwiązania, jak np. mniejsza ilość przenikania promieni słonecznych do wnętrza budynku, co ma wpływ na obniżone zużycie energii elektrycznej wykorzystywanej do działania klimatyzacji.
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.
