Jak podają najnowsze wyniki badań laboratoryjnych, wiadomo już, jak wykorzystać perowskity do masowej produkcji wydajnych ogniw słonecznych. Do tej pory, znano perowskity, jako materiał do produkcji ogniw słonecznych. Teraz wiadomo, jak produkować je na masową skalę!

Energetyka słoneczna cały czas boryka się z problemem masowej sprzedaży ogniw słonecznych, z powodu wysokich cen. Nowy sposób wytwarzania modułów PV oparty na perowskitach może doprowadzić do skomercjalizowania ogniw słonecznych, które oprócz niskich cen, będą osiągać wysokie wydajności.
Komórki perowskitu badane w laboratorium osiągnęły obiecujące wyniki. Ciągle jednak trwały badania jak wykonywać jednolite partie tych materiałów. Perowskity są bardzo obiecującym materiałem dla energetyki słonecznej dlatego, że mogą bardzo skutecznie zbierać energię promieniowania słonecznego. Posiadają one silne zdolności absorbujące światła widzialnego i podczerwonego. W przeciwieństwie do folii krzemowych, które są wykonywane w wysokich temperaturach, filmy powstałe z perowskitów mogą być produkowane w znacznie niższych temperaturach. Dlatego, że temperatury w których produkowane są te ogniwa są niższe, cały proces jest mniej energochłonny przez co nie wymaga dużych nakładów finansowych.
Pierwsze komórki perowskitów zostały wykonane w 2009 roku. W warunkach laboratoryjnych osiągają one efektywność 17,9%. Tak wysoka sprawność sprawia, że zaczynają one konkurować z ogniwami cienkowarstwowymi.
Do tej pory problemem było jednak wykonanie ogniw słonecznych na bazie perowskitu w sposób masowy i konsekwentny. W partii wykonanych do tej pory, wydajność ogniw była bardzo zróżnicowana.
„Po wprowadzeniu 10 różnych komórek perowskitu, masz 10 różnych wydajności”, mówi Prashant Kamat, chemik z University of Notre Dame w Indianie. „To frustrujące.” – dodaje.

Problem spowodowany był zróżnicowanymi rozmiarami kryształów w komórkach. Dla elektronów w ogniwie słonecznym, granice pomiędzy kryształami są jak ściany. Podążając tym tokiem rozumowania, większe kryształy oferują mniej przeszkód dla przepływu energii elektrycznej. Nowe badania opublikowane w czasopiśmie Nature Nanotechnology przedstawiają rozwiązanie problemu masowej produkcji ogniw perowskitowych! Pokazują one bowiem dlaczego i w jaki sposób kontrolować wzrost kryształów perowskit.
Perowskit wykorzystywany do budowy ogniw słonecznych jest zbudowany z szeregu składników takich jak: węglowodór, amoniak, ołów i jod. Nie ma jednego, stałego składu chemicznego perowskitów, ponieważ ta nazwa odnosi się do struktury materiału. Kryształy wytwarza się w procesie dwuetapowym, który rozpoczyna się powlekaniem powierzchni przygotowanej pod ogniwo roztworem jodku ołowiu. Po wyschnięciu, powierzchnia zostaje powleczona roztworem jodku metylu. Po wyschnięciu, związki z tych dwóch warstw łączą się tworząc kryształ perowskitu.
Michael Grätzel, chemik w École Polytechnique Fédérale de Lausanne w Szwajcarii i Nam-Gyu Park, chemik z Uniwersytetu Sungkyunkwan w Korei, opracowali technologię kontrolowania tego procesu. Okazało się, że poprzez dokładną kontrolę stężenia roztworów wyjściowych i nieco inne warunki przetwarzania, mogą one zawsze pamiętać kształt folii perowskitu. Tym sposobem, można otrzymać powtarzalne partie zbudowane z dużych kryształów. Szwajcarscy i koreańscy naukowcy osiągnęli w ten sposób ogniwa o wydajności 16,4%, a różnice w wydajnościach ogniw są nieznaczne.

Co teraz jest obiektem badań?
Kolejnym problemem jest uszczelnienie ogniw perowskitowych, aby chronić je przed wilgocią, albo znaleźć nowe wersje materiałów. Nowe wersje materiałów mogą okazać się bardziej przyjazne dla środowiska, jak i dla użytkowników oraz pracowników linii produkcyjnych. Pracuje się obecnie nad bezołowiowymi ogniwami perowskitowymi, które jak na razie osiągają wydajność jedynie 6%.

Źródło:
www.nature.com