Nanokropki węglowe “zbroją” dla perowskitów

Badacze pod kierownictwem Prof. Hongxia Wang z Queensland University of Technology opublikowali wyniki analiz w Journal of Materials Chemistry. Wykazano, że nanokropki węglowe można wykorzystać do poprawy wydajności perowskitowych ogniw słonecznych. Fenomenem badań jest to, że nanokropki stworzono w wyniku przetworzenia ludzkich włosów, pobranych z zakładu fryzjerskiego w Brisbane.

Uczelnia informuje, że są to już drugie badania analizujące wykorzystanie nanokropek do zwiększenia efektywności urządzeń. W poprzedniej edycji badań Prof. Prashant Sonar wraz z zespołem zamienił strzępy włosów w nanokropki węglowe przez ich rozszczep, a następnie spalanie w temperaturze 240 stopni Celsjusza. W ramach tego badania naukowcy wykazali, że nanokropki węglowe można przekształcić w elastyczne wyświetlacze, które można będzie wykorzystać w inteligentnych urządzeniach.

W kolejnej edycji badań zespół naukowców pod kierownictwem Prof. Wang, wykorzystali (pierwotnie z czystej ciekawości badaczy) nanokropki węglowe w funkcjonowaniu perowskitowych ogniw fotowoltaicznych. Zespół naukowczyni Wang odkrył, że nanostrukturalne materiały węglowe można wykorzystać do poprawy wydajności ogniwa. Po dodaniu roztworu z kropek węglowych do produkcji perowskitowych ogniw okazało się, że kropki tworzą dodatkową warstwę, w której kryształy perowskitu są otoczone kropkami węglowymi. Prof. Wang wyjaśnia, że w ten sposób tworzy się dodatkowa warstwa obronna dla perowskitów, swojego rodzaju “zbroja”. Nanokropki chronią materiał perowskitowy przed wilgocią lub innymi czynnikami środowiskowymi, które mogą spowodować ich uszkodzenie. W efekcie perowskitowe ogniwa słoneczne pokryte kropkami węglowymi mają większą wydajność i współczynnik konwersji energii.

Przyszłość fotowoltaiki to perowskity?

Perowskitowe ogniwa fotowoltaiczne to stosunkowo nowa technologia fotowoltaiczna. Są  wskazywane na najlepszego kandydata na energetyki słonecznej w celu utrzymania taniej i wysoce wydajnej produkcji energii elektrycznej w nadchodzących latach. Naukowcy walczą o tańsze metody produkcji takich modułów, gdyż okazuje się, że ich wydajność sięga już teraz poziomu efektywności popularnych na rynku monokrystalicznych krzemowych ogniw fotowoltaicznych. Mają jednak wiele przewag nad nimi. Perowskitowe ogniwa są tworzone z materiału, który jest łatwy w produkcji. Same ogniwa są elastyczne, więc mogą być implementowane na różne sposoby. Są więc istotną technologią dla rozwoju BIPV, czyli zintegrowanych systemów fotowoltaicznych z budynkiem. Perowskity dają także szansę na implementację urządzeń w życiu codziennym na dobrowolnie wybranej powierzchni.

Prof. Wang stwierdziła, że największym wyzwaniem w dziedzinie perowskitowych ogniw słonecznych jest rozwiązanie problemu stabilności urządzenia, aby mogło produkować energię przez co najmniej 20 lat. Przypomnijmy, że obecnie produkowane krzemowe ogniwa charakteryzują się żywotnością na poziomie 25-30 lat.

Profesor Wang jest szczególnie zainteresowana tym, w jaki sposób ogniwa perowskitowe mogłyby zostać wykorzystane w przyszłości do zasilania statków kosmicznych. Standardowa Międzynarodowa Stacja Kosmiczna jest zasilana przez cztery panele słoneczne, które mogą generować do 120 kW energii elektrycznej. Jednak jedną wadą obecnej technologii kosmicznych fotowoltaiki jest waga instalacji. Perowskitowe ogniwo jest lżejsze, ale problemem jest jego efektywność w ekstremalnie niskich i wysokich temperaturach.

Zdjęcie/Źródło: Queensland University of Technology

Redakcja GLOBEnergia