Potencjał ogniw perowskitowych

Ograniczeniem, często wymienianym w kontekście energetyki słonecznej jest powierzchnia zajmowana przez instalacje fotowoltaiczne w stosunku do ich mocy. Naukowcy rozwijający nowe technologie PV mają świadomość tego, jak wielki potencjał ma zastosowanie modułów fotowoltaicznych w budownictwie.

Wykorzystanie do tego celu ogniw na bazie krzemu jest ograniczone, ponieważ mimo dobrych parametrów pochłaniania światła i długiej żywotności nie są one elastyczne, a ich produkcja jest zbyt złożona. Z tego względu technologie perowskitowe mają przewagę nad technologiami krzemowymi w zastosowaniach BAPV (Building Applied Photovoltaics) i BIPV (Building Integrated Photovoltaics), czyli w technologiach integrujących ogniwa z konstrukcją lub elementami budynków.

Źródło: Nanyang Technological University

Perspektywa szerokich zastosowań w budownictwie

Naukowcy z Nanyang Technological University (NTU Singapore) stworzyli perowskitowe ogniwa słoneczne na bazie MAPbI3, czyli jonów metyloamoniowo-ołowiowych (methylammonium lead iodine). Wydajność tych ogniw dla powierzchni 0,16 cm2 wynosi wynosi 20,28%. Opracowane ogniwa perowskitowe można łatwo zintegrować z elementami krajobrazu miejskiego takimi jak: fasady budynków, bramy, okna.

Ze wspomnianych wyżej ogniw utworzono mini panele fotowoltaiczne o powierzchni 21 cm2. Według badaczy NTU Singapore otrzymana wartość wydajności ogniwa jest na poziomie 18,13%. Jest ona najwyższą wartością dla modułów perowskitowych o powierzchni większej niż 10 cm2 wykonanych dowolną techniką osadzania.

Osadzanie perowskitu

Ogniwa o strukturze n-i-p zostały wyprodukowane w procesie resublimacji opartym na współparowaniu termicznym. Zdaniem naukowców to podejście spowodowało zwiększenie wydobywania ładunku i zminimalizowało optyczną dyspersję światła. Parowanie termiczne umożliwia sekwencyjne osadzanie materiałów w celu uzyskania wielowarstwowej struktury. Proces ten jest szeroko stosowany w przemyśle półprzewodników do komercyjnego wytwarzania komponentów elektronicznych, takich jak OLED czy wyświetlacze w telewizorach i telefonach komórkowych.

Grupa badawcza twierdzi, że opracowane ogniwa cechują się stabilnością wynoszącą 90% przy ciągłym oświetleniu o koncentracji jednego słońca przez ponad 100 godzin. Ponadto według naukowców, architekturę ogniw można również zastosować do wytworzenia zestawu kolorowych, półprzezroczystych perowskitowych ogniw słonecznych i mini modułów. Ich sprawność wyniosłaby 16,8% i 11,2% dla powierzchni równych odpowiednio 0,16 i 16 cm2.

Niezwykła stabilność opracowanych ogniw

Większość ogniw na bazie perowskitów charakteryzuje się małą stabilnością i niską odpornością na warunki atmosferyczne, a zwłaszcza wilgoć. Stabilność paneli opracowanych przez naukowców z NTU Singapore jest godna uwagi. Panele o powierzchni 21 cm2 po 60 dniach zachowują 95% początkowej sprawności, podczas przechowywania w kontrolowanych warunkach, przy wilgotności 35%.

Zespół zademonstrował również zastosowania ogniw dla BIPV. Ich zdaniem podejście do dostrajania koloru ogniw za pomocą dopasowywania grubości przezroczystej elektrody jest najłatwiejszą i najbardziej efektywną metodą.

Podsumowując, ogniwa te są szczególnie atrakcyjne z uwagi na fakt, że można je łatwo zintegrować z powierzchniami wchodzącymi w skład krajobrazu miejskiego. Powierzchnie dachów są ograniczone, jednak zastosowanie modułów perowskitowych na takich elementach jak fasady budynków, bramy i okna pozwala zmaksymalizować ilość pozyskiwanej energii tam, gdzie do tej pory nie było to możliwe.

Opracowano na podstawie PV magazine

Zdjęcie główne: Nanyang Technological University

Redakcja GLOBEnergia