Przełom w technologii perowskitowych ogniw słonecznych
Fotowoltaika bazująca wyłącznie na perowskitach to obiecująca technologia, wciąż jednak uznawana przez branżę PV raczej za pieśń przyszłości. Choć perowskitowe ogniwa słoneczne osiągają rekordowe sprawności w warunkach laboratoryjnych, to problemem jest ich stabilność w praktycznym zastosowaniu. Naukowcom udało się opracować ogniwo perowskitowe, którego żywotność wynosić ma 30 lat.
Ogniwa słoneczne zbudowane z użyciem perowskitów są pod względem sprawności wyjściowej, uzyskanej w warunkach laboratoryjnych, lepsze od ogniw krzemowych – potrafią wykazać sprawność na poziomie przekraczającym 25 proc., a w połączeniu z warstwą krzemową możliwe jest osiągnięcie sprawności sięgającej już nawet niemal 30 proc. W praktycznym zastosowaniu ogniwa perowskitowe jednak są niestabilne i bardzo szybko tracą swoje właściwości. To hamuje komercyjny rozwój tej technologii.
Naukowcy z Uniwersytetu Princeton opublikowali ostatnio wyniki badań, które mogą okazać się przełomowe dla rozwoju perowskitowych ogniw słonecznych. Jak twierdzą, opracowali pierwsze takie ogniwo o żywotności wynoszącej nawet około 30 lat. Podobny okres obejmują gwarancje udzielane na ogniwa krzemowe, które jednak zazwyczaj mogą efektywnie produkować prąd znacznie dłużej.
To dopiero początek
Zespół badaczy z Uniwersytetu Princeton miał wykorzystać w ogniwie ultracienką warstwę 2D Cs2PbI2Cl2 pomiędzy absorbującą warstwą perowskitową a warstwą przenoszącą ładunek, co pozwoliło na wydłużenie szczytowej wydajności ogniwa solarnego powyżej 80 proc. w warunkach przyspieszonego starzenia.
Solarne ogniwo perowskitowe poddane było metodzie testowania, w której symulowano naturalny proces starzenia – urządzenia były naświetlane w różny sposób i poddawane działaniu ciepła o różnym natężeniu. Badacze w tym czasie obserwowali jego degradację.
We wnioskach z badań naukowcy uznali, że ich ogniwa są nie tylko bardzo trwałe, ale także spełniają powszechne normy wydajności, porównywalne z ogniwami krzemowymi. Sprawność konwersji mocy perowskitowego ogniwa osiągnęła 17,4 proc. W wyniku obserwacji stwierdzono, że ogniwo będzie wykazywać powyżej 80 proc. swojej szczytowej wydajności przy ciągłym oświetleniu przez co najmniej pięć lat w średniej temperaturze 35 st. C.
Zespołem naukowców kierowała prof. Lynn Loo, która podkreśla, że znaczenie mają nie tylko same wyniki dotyczące ogniwa bazującego na perowskitach, ale także zastosowana metoda badawcza. Jeden z członków zespołu zauważył: – Możemy dziś osiągnąć rekord, ale jutro przyjdzie ktoś inny z jeszcze lepszym wynikiem. Naprawdę ekscytujące jest to, że mamy teraz sposób na przetestowanie tych urządzeń i wiemy, jak będą działać w dłuższej perspektywie czasu.
– Tego rodzaju testy będą mieć coraz większe znaczenie – podkreśla Loo. – Można zrobić najbardziej wydajne ogniwa słoneczne, ale to nie ma znaczenia, jeśli nie są stabilne.
Szczegóły na temat ogniwa perowskitowego opracowanego na Uniwersytecie Princeton można znaleźć w artykule opublikowanym w „Science Daily”.
Ostrożniejsze wyniki, ale krok do przodu
W ostatnim czasie także amerykańskie Narodowe Laboratorium Energetyki Odnawialnej (NREL) opublikowało wyniki swoich nowych badań w dziedzinie perowskitowych ogniw fotowoltaicznych.
Naukowcy z NREL i z Departamentu Energii (DOE), który finansował badania, odkryli, że ogniwo z cynowo-ołowiowych folii perowskitowych może osiągnąć sprawność konwersji na poziomie 25,5 proc. Ich tandemowa konstrukcja z dwoma warstwami perowskitów zachowała 80 proc. swojej maksymalnej sprawności po 1500 godzinach ciągłej pracy, czyli po ponad 62 dniach.
Kai Zhu, pracownik naukowy w NREL i współautor badań, podkreślił, że dla tego poziomu sprawności ogniwa tandemowego najlepsza dotychczas podawana stabilność wynosiła kilkaset godzin.
Więcej na temat perowskitowych ogniw słonecznych badanych przez NREL można przeczytać w artykule w „Nature Energy”.
Badania nad perowskitami w Polsce
Problemy z żywotnością perowskitów sprawiły, że są one na razie wykorzystywane głównie jako dodatkowa warstwa w tradycyjnych, krystalicznych ogniwach – w celu zwiększenia ich sprawności.
W naszym kraju rozwojem technologii ogniw bazujących wyłącznie na perowskitach zajmuje się firma Saule Technologies, z siedzibą we Wrocławiu. Przedsiębiorstwo założone przez Olgę Malinkiewicz jako pierwsze na świecie zaczęło komercjalizację perowskitowych ogniw fotowoltaicznych.
– Od dawna jesteśmy wierni przekonaniom, opartym na własnych doświadczeniach, że ogniwa perowskitowe jeszcze nie osiągnęły pułapu swoich możliwości technologicznych. Przy obecnym tempie postępu prac (zwiększania wydajności itd.) mają one dobre perspektywy prześcignięcia tradycyjnych ogniw krzemowych w rozmaitych kategoriach – mówi Olaf Szewczyk, Acting Communications Director w Saule Technologies.
– Dość wspomnieć, że już teraz ogniwa perowskitowe są bezkonkurencyjne w oświetleniu sztucznym oraz w sytuacjach, gdy promienie słoneczne padają na nie pod nieoptymalnym kątem (np. na ścianach budynków) – dodaje Szewczyk.
Gdzie szukać paneli fotowoltaicznych?
Poniżej przedstawiamy ranking serwisu Oferteo.pl dotyczący 18 343
firm instalujących panele fotowoltaiczne, najlepszych w 2022 roku w
poszczególnych miastach:
Ogniwa perowskitowe Saule Technologies zostały już zastosowane w łamaczach światła działających także jako generatory prądu (pierwsza instalacja znalazła się na fasadzie budynku Aliplast w Lublinie). Ponadto ogniwa te wykorzystano w produkcji elektronicznych etykiet cenowych nowej generacji PESL (Perovskite Electronic Shelf Label) zintegrowanych z systemem analityczno-obliczeniowym big data. Mają one wspomagać pracę obiektów handlowych.
Na początku tego miesiąca wrocławską fabrykę Saule Technologies odwiedził Frans Timmermans, wiceprzewodniczący wykonawczy Komisji Europejskiej ds. Europejskiego Zielonego Ładu.
Barbara Blaczkowska
barbara.blaczkowska@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy Gramwzielone.pl Sp. z o.o.
