Perowskitowe ogniwa fotowoltaiczne zapewniają wysoką wydajność konwersji światła słonecznego, przy jednocześnie niskich kosztach produkcji. Istnieje jednak przeszkoda, która sprawia, że na razie nie mogą wejść do komercyjnej sprzedaży: stabilność i wytrzymałość. Ogniwa fotowoltaiczne powinny być  wytrzymałe i nie tracić swojej wydajności z czasem, pod wpływem działania światła słonecznego. Naukowcy z Politechniki w Lozannie (EPFL) wynaleźli technologię, która znacznie zwiększa stabilność ogniw perowskitowych.

Dzięki nowej technologii perowskitowe ogniwa fotowoltaiczne zachowują ponad 95% swojej początkowej wydajności (wynoszącej ponad 20%, podczas ekspozycji na intensywne światło słoneczne) przez ponad 1000 godzin. Wyniki badań, będących przełomem w fotowoltaice, zostały opublikowane w magazynie Science.

Koniec problemów z perowskitami?

Ogniwa fotowoltaiczne oparte na perowskitach są relatywną nowością w historii fotowoltaiki. W przeciwieństwie do tradycyjnych ogniw krzemowych charakteryzują się znacznie niższymi kosztami produkcji. Innym ich atutem jest bardzo wysoka wydajność – wynosząca ponad 22%. Problem stanowi zawartość ołowiu, który może wywierać szkodliwy wpływ na zdrowie ludzi i zwierząt, oraz – przynajmniej do tej pory – zbyt mała stabilność tego rodzaju ogniw. Oznacza to, że z czasem ich wydajność znacznie się zmniejsza. Dzięki nowej technologii autorstwa badaczy z EPFL istnieje szansa, że w przyszłości perowskity faktycznie zdominują przemysł fotowoltaiczny. Produkowane z nich ogniwa będą lekkie i tanie. Jak na razie wyłącznie bardzo drogie, prototypowe, organiczne ogniwa typu HTM (hole-trasporting materials) są w stanie osiągnąć wydajność przekraczającą 20%.  Niestety, ze względu na składniki, z jakich są produkowane, nie mają one wystarczającej stabilności. Sprawia to, że na drodze do komercjalizacji perowskitów nie brakuje przeszkód – odkrycie naukowców z Lozanny ma jednak szansę to zmienić.

Rozwiązanie eliminujące niestabilność. Jak to działa?

Nowa technologia charakteryzuje się przede wszystkim wykorzystaniem tiocyjanianu miedzi (CuSCN). Pośród innych materiałów wykorzystywanych do produkcji ogniw HTM, charakteryzuje się on imponującą stabilnością, wysoką wydajnością i niską ceną. Podjęte w przeszłości próby użycia go w konstrukcji ogniw perowskitowych nie przyczyniły się do zwiększenia stabilności, głównie ze względu na problemy związane z umieszczeniem warstwy tiocyjanianu miedzi na cienkiej powłoce perowskitowej, jak również niskiej stabilności chemicznej CuSCN. Innowacyjna technologia składa się z dwóch konceptów, które wyeliminują główne problemy związane z zastosowaniem perowskitów opartych na tiocyjanianie miedzi. Po pierwsze, zawiera ona nową metodę produkcji, będącą rozwiązaniem dla dotychczasowych trudności związanych z umieszczeniem warstwy tiocyjanianu miedzi na perowskitach oraz zapewnia stabilną wydajność na poziomie 20%. Po drugie, do konstrukcji ogniwa, pomiędzy warstwy tiocyjanianu miedzi i złota, wprowadzono dodatkową warstwę zredukowanego tlenku grafenu. Umożliwiło to zwiększenie stabilności. Badacze odkryli również, że niestabilność (zmniejszanie się wydajności) pod wpływem długotrwałego działania w przypadku ogniw perowskitowych wynika z kontaktu tiocyjanianu miedzi ze złotem. „To główny przełom w badaniach nad perowskitowymi ogniwami fotowoltaicznymi, który będzie początkiem drogi ku rozwijaniu tej obiecującej technologii na skalę komercyjną”, powiedział pracujący nad projektem Michael Gratzel. Dzięki odkryciu produkcja wysokowydajnych, stosunkowo tanich ogniw fotowoltaicznych już wkrótce będzie możliwa.

 

Źródło: Solar Daily

Redakcja GLOBEnergia