Jak działają drony zasilane ogniwami perowskitowymi?

Zespół badawczy z Austrii zaprezentował niewielki drony zasilane perowskitami.

Podziel się
Austriaccy naukowcy stworzyli niezwykle lekką i ultracienką technologię słoneczną, która wykorzystuje ogniwa perowskitowe. Definicja perowskitów prawdopodobnie jest zrozumiała tylko dla wprawionych chemików. W skrócie jest to grupa minerałów, które są zbudowane z nieorganicznych związków chemicznych. My skupimy się jednak na technologii i sposobie wykorzystania perowskitów w niewielkich autonomicznych dronach.
Zespół z Uniwersytetu Johannesa Keplera w Linzu stworzył perowskitowe ogniwa fotowoltaiczne z halogenkiem ołowiu o grubości mniejszej od 2,5 μm. Technologia ta charakteryzuje się niezwykła gęstością mocy fotowoltaicznej na poziomie 44 W/g, a jej średnia wydajność to 41 W/g. Badaczom udało się stworzyć drony wielkości dłoni wyposażone w niewielkie źródła energii.
Niezwykłe osiągnięcie
Wykorzystanie modułu fotowoltaicznego, który miał powierzchnię 24 cm2, pozwoliło na samodzielną pracę drona w sposób przekraczający możliwości jednego ładowania akumulatora. Dodatkowo wyeliminowano potrzebę ręcznego dokowania, wieszania na kablu do ładowania, czy też innych form interwencji człowieka. Perowskitowe panele słoneczne stanowiły zaledwie 1/400 całkowitej masy drona.

Zespół przeprowadził testy na kilku różnych kombinacjach jodku alfa-metylobenzyloamonu (MBA) w górnej warstwie absorbera perowskitowego. Według badaczy największy czas życia dla różnych konfiguracji preparatów MBA był osiągany przy dodatku cezu. Podłożem był „ultracienki” i przezroczysty, pozbawiony tlenków, cienki film polimerowy o grubości 1,4 μm, pokryty warstwą tlenku glinu o grubości 100 nm. Skutecznie pełnił on funkcję „bariery” dla wilgoci i gazów. Zauważono na przykład, że współczynnik przenikalności pary wodnej (WVTR) dla „pokrytego ultracienkiego podłoża zmniejszył się o około 35%” w porównaniu z projektami referencyjnymi.
W badaniu zastosowano ogniwo słoneczne oparte na perowskitach o małej powierzchni, która wynosiła 0,1 cm2. Ogniwo to osiągnęło napięcie w obwodzie otwartym na poziomie 1,13 V, gęstość prądu zwarcia wyniosła 21,6 mA/cm2, współczynnik wypełnienia wyniósł 74,3%, a sprawność konwersji mocy osiągnęła 18,1%. Natomiast najlepsze ogniwa charakteryzowały się napięciem w obwodzie otwartym 1,15 V, współczynnikiem wypełnienia na poziomie 78%, oraz sprawnością wynoszącą 20,1%.
Większe urządzenie miało aktywną powierzchnię ogniwa wynoszącą 1,0 cm2, średnie napięcie w obwodzie otwartym wynosiło 1,11 V, gęstość zwarcia wynosiła 20,0 mA/cm2, współczynnik wypełnienia wynosił 65,9%, a sprawność osiągnęła 14,7%. Zespół badawczy zauważył, że urządzenie mistrzowskie osiągnęło wydajność na poziomie 16,3%.
Co dalej z projektem?
Moduł zasilający drona składał się z 24 połączonych ze sobą ogniw słonecznych o powierzchni 1 cm2. Dostępny na rynku autonomiczny, zasilany energią słoneczną, hybrydowy dron typu quadcopter ważył zaledwie 13 g.

Zespół ma plany dalszych badań w tym kierunku. Według kierownika badań, Martina Kaltenbrunnera, prace nad rozwojem technologii będą kontynuowane. Celem jest stworzenie skalowalnej technologii – do co najmniej wymiary 10 cm x 10 cm. Badacze zamierzają opracować lekkie, elastyczne rozwiązania fotowoltaiczne do zasilania wszelkiego rodzaju robotyki i pojazdów autonomicznych. Według Kaltenbrunnera istnieje ogromny potencjał możliwych do wdrożenia, elastycznych ogniw fotowoltaicznych zarówno w zastosowaniach naziemnych, jak i kosmicznych”.
Źródło: pv-magazine. Źródło zdjęcia u szczytu strony: JKU