Co mają wspólnego liście pora z wydajnością ogniw fotowoltaicznych?

Naukowcy z Finlandii opracowali bioinspirowaną folię, która dzięki swoim właściwościom może zwiększyć wydajność ogniw fotowoltaicznych. Pomyślne testy przeprowadzono z wykorzystaniem ogniw perowskitowych.

Naukowcy twierdzą, że wykorzystanie odpowiednich powłok umożliwiających zarządzanie docierającym do powierzchni ogniwa światłem może znacząco poprawić jego żywotność i wydajność. Ma to szczególne znaczenie w kontekście podatności modułów słonecznych na wszelkie zapylenia i zakurzenia, które w najbardziej ekstremalnych przypadkach, jak twierdzą badacze, mogą wpłynąć na obniżenie wydajności produkcji energii elektrycznej nawet o 50 proc.

Por jako inspiracja dla fotowoltaiki

Zespół badawczy z Uniwersytetu Aalto w Finlandii postanowił zainspirować się rozwiązaniami, jakie oferuje natura, i stworzyć folię, której zadaniem będzie poprawa wydajności ogniwa słonecznego. Dwie główne cechy, jakie musiała spełniać opracowana folia, to wysoka przepuszczalność świetlna oraz wysoka hydrofobowość. Powierzchnie hydrofobowe wykazują duży potencjał aplikacyjny dzięki zapewnieniu wysokiej ruchliwości wody, co ułatwia samooczyszczanie oraz zapobiega oblodzeniu i zaparowywaniu.

REKLAMA

W swojej pracy naukowej badacze postawili hipotezę, że bioinspirowane materiały na bazie celulozy mogą nie tylko naśladować efekt samooczyszczania się liści pora, ale także wykazywać pożądane kryteria optyczne dla ogniw słonecznych, a mianowicie wysoką przepuszczalność światła dyfuzyjnego. Chcąc sprawdzić swoją hipotezę, opracowali metodę wytworzenia bioinspirowanej folii.

W celu opracowania folii użyto 5-proc. roztworu octanu celulozy (ang. cellulose acetate, CA), który pozwolił na odtworzenie struktury powierzchni liści pora. Następnie na przygotowaną warstwę nałożono wosk Carnauba (ang. carnauba wax, CW), który – jak czytamy w pracy naukowej – jest najtwardszym woskiem naturalnym o najwyższej temperaturze topnienia wśród komercyjnych wosków roślinnych (około 84 st. C). Zastosowanie CW miało na celu dodatkowe zwiększenie hydrofobowości folii.

Następnie stworzoną folię przetestowano jako warstwę zarządzania światłem na ogniwach słonecznych z perowskitu, a wydajność fotowoltaiczną scharakteryzowano w symulatorze słonecznym.

REKLAMA

Zadowalające efekty i pole do dalszych usprawnień

W ogólnym ujęciu wyniki testów folii nałożonej na perowskitowe ogniwo potwierdziły hipotetyczną ideę zdolności samooczyszczenia i wysokiej przepuszczalności światła przez bioinspirowaną folię wykonaną na bazie CA i WC.

Wykazano, że nałożenie folii na ogniwa słoneczne z perowskitu poprawia względną wydajność ogniwa o 6 proc. Zauważono, że hydrofobowość może wspomagać transfer cieczy w preferowanym kierunku w zależności od zastosowania, co ma mieć bezpośredni wpływ na procesy samooczyszczenia. Naukowcy zgodzili się, że nałożenie dodatkowej warstwy CW może wpłynąć na niższą przepuszczalność światła, jednakże w zestawieniu z nowymi właściwościami samoczyszczącymi, jakie uzyskuje się po nałożeniu CW, można uznać to za pewnego rodzaju kompromis.

Należy zaznaczyć, że grupa badaczy z Finlandii podkreśla, że wymagane są dalsze badania i testy w kierunku poprawy m.in. trwałości właściwości mechanicznych folii.

Wyniki swoich dotychczasowych badań naukowcy opisali w artykule „Bio-inspired surface structures promote optical transmittance and hydrophobicity in cellulose-based films for self-cleaning perovskite solar cells” opublikowanym w „Communications Materials”.

Radosław Błoński