Giętkie, organiczne i można je prać w pralce. Nowe oblicze fotowoltaiki?

Zdjęcie autora: Redakcja GLOBEnergia

Redakcja GLOBEnergia

Naukowcy pracują nad organicznymi panelami fotowoltaicznymi. Ta technologia ma kilka interesujących właściwości.

Japońscy naukowcy pracują nad technologią fotowoltaiczną, która może pozwolić na przykład na wbudowanie paneli słonecznych w ubrania. Taka odzież miałaby być odporna na deszcz, a może nawet zdatna do prania w pralce. Mowa o organicznych ogniwach fotowoltaicznych. Czym są i do czego mogą się przydać?

OPV – inny wymiar fotowoltaiki

Organiczne ogniwa fotowoltaiczne (OPV – ang. organic photovoltaics) to rodzaj technologii ogniw słonecznych, która do przekształcania światła słonecznego w energię elektryczną wykorzystuje materiały organiczne, zazwyczaj polimery lub małe cząsteczki organiczne. W przeciwieństwie do tradycyjnych ogniw słonecznych opartych na krzemie OPV są wykonane z materiałów węglowych, co oferuje kilka unikalnych zalet i cech, jak elastyczność, lekkość i tania produkcja. Jest też oczywiście kilka wad – mała sprawność w stosunku do tradycyjnej PV, czy szybkie zużywanie. Trudno też połączyć wysoki stopień elastyczności z odpornością na wodę. Jednak naukowcy wydają się powoli rozwiązywać niektóre z tych problemów. 

Najwyższa sprawność

Jeszcze kilka lat temu sprawność OPV na poziomie 8% uchodziła za wysoką. Dzisiaj naukowcy z National Research and Development Agency RIKEN w Japonii uzyskują już w symulacjach laboratoryjnych wynik 14,3%. Co więcej, ich technologia coraz lepiej radzi sobie z wodą. Po 4 godzinach kąpieli i 300 cyklach rozciągania mają zachowywać nawet 96% swojej początkowej wydajności. Naukowcy wrzucili je też do pralki, czym udowodnili, że ich wynalazek może przetrwać nawet pranie mechaniczne. Wykonane przez naukowców ogniwa, są więc nie tylko stosunkowo wydajne i wytrzymałe, ale też ultra cienkie – mają 3 μm (1 mikrometr [μm] to jedna tysięczna milimetra), czyli są kilka razy cieńsze od ludzkiego włosa. 

Naukowcy osiągnęli tak dobre wyniki (cienkie, elastyczne, wydajne ogniwa) dzięki zastosowaniu nowej metody produkcji. W uproszczeniu ogniwo słoneczne składa się z warstw aktywnych, które przez oddziaływanie fali światła o odpowiedniej długości wytwarzają wolne elektrony i “dziury”, które następnie przedostają się na elektrody. Elektrony i  “dziury” płyną przez obwód, tworząc prąd elektryczny. Do tej pory anoda i katoda były nakładane warstwami. Tym razem naukowcy bezpośrednio nałożyli anodę zbudowaną ze srebra na warstwy aktywne, a następne w procesie wygrzewania termicznego, poddali ogniwa działaniu powietrza o temperaturze 85°C przez dobę. Nowa metoda pozwoliła osiągnąć lepsze efekty. 

Elastyczne, organiczne, wodoodporne OPV rozwijane przez grupę naukowców z National Research and Development Agency RIKEN w Japonii. Źródło: Xiong et al. (2024) Waterproof and ultraflexible organic photovoltaics with improved interface adhesion Nat Comm. doi: 10.1038/s41467-024-44878-z.

Po co nam ultracienkie, wodoodporne PV?

Produkcja ultracienkich, wodoodpornych, organicznych ogniw słonecznych w celu nałożenia ich na ubrania wydaje się raczej zabawną ciekawostką, niż pomysłem, który może pozytywnie wpłynąć na jakość naszego życia. Jednak taka technologia, jeśli będzie rozwijać się dalej, może umożliwić na przykład zasilanie urządzeń monitorujących stan zdrowia, bez konieczności wymiany baterii. Więc chociaż na fotowoltaiczne koszule i kapelusze jeszcze trochę poczekamy, mogą okazać się całkiem przydatne, w określonych okolicznościach. 

Źródło: pv-magazine, riken.jp, Xiong et al. (2024) Waterproof and ultraflexible organic photovoltaics with improved interface adhesion Nat Comm. doi: 10.1038/s41467-024-44878-z.