To może być przełom w rozwoju fotowoltaiki. Zespół badaczy z Cambridge University oraz ze Stanów Zjednoczonych zaprezentował nietoksyczną alternatywę dla materiałów zawierających ołów, mającą posłużyć do produkcji ogniw fotowoltaicznych nowej generacji.

Bizmut zamiast ołowiu

Naukowcy wykazali za pomocą teoretycznych i doświadczalnych metod, że bizmut może być z powodzeniem używany w konstrukcji tanich ogniw fotowoltaicznych. Pierwiastek, który znajduje się w układzie okresowym obok ołowiu sprawi, że nowa generacja paneli będzie bezpieczna dla środowiska i nietoksyczna. Wyniki badań dowiodły, że bizmut włączony w strukturę ogniw fotowoltaicznych może zapewnić wydajności zbliżone do tych z użyciem ołowiu. Znaczącą różnicę stanowi natomiast brak zagrożenia toksycznym działaniem. Późniejsze testy przeprowadzone przez inny zespół naukowców ukazały wydajność tych ogniw na poziomie ok. 22%, co jest porównywalne do najbardziej wydajnych ogniw fotowoltaicznych obecnie dostępnych na rynku.

Kluczowe znaczenie materiałów

Większość zazwyczaj spotykanych paneli słonecznych wykonanych jest z krzemu. Wprawdzie krzem zapewnia wysoką wydajność, ma bardzo niską „tolerancję defektów” – oznacza to, że materiał musi być niezwykle czysty. Konieczność ta sprawia, że jego produkcja jest niezwykle kosztowna i energochłonna. W ostatnich latach naukowcy poszukują materiałów oferujących podobną wydajność w konwersji energii na światło, nie wymagających jednak tak wysokiego poziomu czystości. Mniejsza energochłonność procesu produkcji skutkuje niższą ceną materiału, z którego wytwarzane są potem panele fotowoltaiczne. Najbardziej obiecującą grupą pośród nowych materiałów wydawały się perowskity, będące ogłoszone rewolucją w fotowoltaice.

Problem z perowskitami

Badania nad interesującą grupą minerałów, jaką są perowskity, przyniosły zaskakujące wnioski. Wprawdzie pod względem cech materiałowych odznaczają się niezwykle wysoką wydajnością konwersji energii, jednak są mało stabilne i zawierają toksyczny ołów. Te dwie cechy stoją na przeszkodzie w konstrukcji rewolucyjnych paneli fotowoltaicznych,  znacznie utrudniając zastosowanie perowskitów. W ich strukturze ołów stanowi niezwykle istotny element. Problemem jest fakt, że ołów jako metal ciężki jest bardzo szkodliwy dla zdrowia. Pomimo, że naukowcy wciąż spierają się, czy ołów zawarty wewnątrz perowskitów rzeczywiście stanowi istotne ryzyko dla środowiska, równolegle trwają poszukiwania bezpieczniejszych rozwiązań. Optymalna substancja powinna móc zastąpić ołów w strukturze ogniw, nie powodując znaczących strat w wydajności.

W poszukiwaniu odpowiedniej substancji

Naukowcy starają się zrozumieć, co sprawia, że w przeciwieństwie do krzemu perowskity mają większą tolerancję defektów. Zrozumienie cech odpowiedzialnych za tę właściwość, powiązanych ze strukturą sieci, umożliwi wybranie odpowiedniej substancji mogącej zastąpić ołów. W współpracy z MIT oraz innymi ośrodkami naukowymi, naukowcy z Cambridge wykazali, że w ogniwach nowej generacji bizmut może stanowić nietoksyczną alternatywę dla ołowiu.  Bizmut używany jest w produkcji kosmetyków, leków i produktów higieny osobistej. Podobnie jak ołów jest metalem ciężkim – z tą różnicą, że nietoksycznym.

Łatwość produkcji, niski koszt

Ogniwa fotowoltaiczne zawierające bizmut mogą być produkowane przy pomocy powszechnie znanych i używanych technologii, na dużą skalę oraz przy niskich kosztach produkcji. Wydajność oksydioidu bizmutu, szacowana w praktyce na 22%, jest zbliżona do wydajności wysokiej jakości ogniw z krzemu lub perowskitów. Istnieje szansa, że nowy materiał będzie kolejnym kamieniem milowym przyczyniającym się do znacznej redukcji cen instalacji fotowoltaicznych.

Źródło: www.solardaily.com

Redakcja GLOBEnergia