Dr. Hairen Tan i inni naukowcy z  Uniwersytetu w Toronto rozwiązali kluczowy problem w produkcji perowskitowych ogniw PV. Nowatorska technologia może zaowocować drukowanymi panelami fotowoltaicznymi o niskich kosztach, które można będzie zamocować na niemal każdego rodzaju powierzchni.

Biznes korzyści skali znacznie zredukował koszty produkcji krzemu. Perowskitowe ogniwa PV mogą umożliwić użycie technik już wcześniej przyjętych w przemyśle poligraficznym w celu produkcji ogniw PV przy bardzo niskich kosztach – poinformował Ted Sargent z Uniwersytetu w Toronto. Perowskitowe i krzemowe ogniwa potencjalnie mogą zostać zespolone w celu dalszej poprawy wydajności, jednak tylko dzięki udoskonaleniom procesów niskotemperaturowych, dodał Sargent.

Obecnie praktycznie wszystkie komercyjne ogniwa PV są wykonane z cienkich warstw krystalicznego krzemu, który musi być poddany procesom zapewniającym bardzo wysoki stopień czystości. Jest to proces energochłonny, wymagający temperatur wyższych niż 1000°C oraz dużej ilości niebezpiecznych rozpuszczalników.

Perowskitowe ogniwa PV bazują na warstwach cienkich kryształów, z których każdy jest około 1000 razy mniejszy od grubości ludzkiego włosa – wykonanych z tanich, światłoczułych materiałów. Z racji tego, że surowe materiały perowskitowe mogą zostać poddane wymieszaniu do postaci płynnej, przez co tworzą swoisty „solarny atrament”, możliwe jest wydrukowanie ich na szkle, plastiku lub innych materiałach, wykorzystując prosty proces druku atramentowego.

ogniwa perowskitowe

Surowe materiały perowskitowe mogą zostać poddane wymieszaniu do postaci płynnej, przez co tworzą swoisty „solarny atrament”, mogą być wydrukowane na szkle, plastiku lub innych materiałach wykorzystujących prosty proces druku atramentowego, źródło: The Indian Express

Niemniej dotychczas ograniczeniem był pewien „haczyk” – w celu produkcji energii elektrycznej, elektrony wzbudzone poprzez energię promieniowania słonecznego musiały zostać wyekstrahowane z kryształów tak, by mogły przepływać przez obwód elektryczny. Tego rodzaju ekstrakcja zachodzi na specjalnej warstwie zwanej selektywną warstwą elektronową (z ang. electron selective layer, ESL).

Trudność w produkcji odpowiedniej ESL była kluczową przeszkodą, ograniczającą rozwój ogniw perowskitowych.

Najbardziej efektywne materiały wykorzystywane do tworzenia ESL są głównie w postaci sproszkowanej i muszą zostać poddane wypaleniu w wysokich temperaturach, sięgających ponad 500°C – poinformował Dr Tan. Nie jest możliwe położenie ich na wierzchu warstwy elastycznego plastiku bądź na w pełni wykonanym ogniwie PV – zwyczajnie ulegnie stopieniu.

Tan i jego zespół opracowali innowacyjną reakcję chemiczną, która umożliwia rozrost ESL, utworzonej z rozpuszczonych w roztworze nanocząstek, bezpośrednio na szczycie elektrody. Proces zachodzi w temperaturach poniżej 150°C, co stanowi znacznie niższą temperaturę niż w przypadku punktu topnienia wielu plastików.

Nowatorskie nanocząsteczki są pokryte warstwą atomów chloru, co pozwala im na połączenie się z warstwą perowskitową na wierzchu. Tego rodzaju silne wiązanie umożliwia wydajną ekstrakcję elektronów. Naukowcy odnotowali wydajność ogniw PV uzyskaną przy użyciu nowej metody na poziomie 20,1%.

Opracowano na podstawie: The Indian Express

Zdjęcie główne: TU Delta

Julita Zapilaj

Redaktor GLOBEnergia