Perowskity – przyszłość fotowoltaiki czy niepewny eksperyment? 

Choć pierwsze ogniwa oparte o perowskity miały sprawność zaledwie ok. 3,8% pewne było że materiał ten ma duży potencjał szczególnie z uwagi na bardzo wysoką absorpcję światła, potencjalnie łatwą i tanią produkcję metodą druku, możliwość tworzenia elastycznych i półprzezroczystych ogniw czy w końcu możliwość łączenia z krzemem i tworzenia ogniw o wysokiej sprawności. Co więc poszło nie tak?

Więcej na temat perowskitów posłuchacie w najnowszym odcinku Energetycznego Talk-Show:

Początkowy rozwój perowskitów szedł bardzo dobrze: przez dekadę sprawność ogniw tego typu z kilku procent wzrósł do ponad 20%, a obecnie ogniwa czysto perowskitowe osiągają w laboratoriach sprawności podobne do ogniw krzemowych. Tempo rozwoju perowskitów było naprawdę zawrotne. Dla porównania ogniwom krzemowym przebicie sprawności 20% zajęło 60 lat od momentu pierwszych zastosowań komercyjnych.   

Dlaczego nie otaczają nas ogniwa perowskitowe?

Jak się okazuje wysoka sprawność w laboratorium to zdecydowanie za mało a wdrażanie ogniw perowskitowych napotyka na szereg istotnych problemów nie tylko technologicznych, ale także materiałowych i rynkowych, które jak na razie niestety skutecznie ograniczają ich masową komercjalizację.

Po pierwsze stabilność i trwałość. Wilgoć, która wszędzie nas otacza  powoduje szybki rozpad struktury krystalicznej perowskitu, tlen i promieniowanie UV prowadzą do jego degradacji, a temperatura wpływa negatywnie na właściwości warstwy perowskitowej. Dlatego wiele ogniw perowskitowych ma żywotność liczoną w latach gdzie krzem może pracować dekady. Poprawa żywotności to duże i trudne wyzwanie, szczególnie że rynek oczekuje gwarancji 25 -30 lat.      

Po drugie skalowalność, która nie jest prosta. Rozwiązania z laboratoriów na próbkach o powierzchni cm² nie jest łatwo przenieść na duże powierzchnie obecnie produkowanych ogniw. Do tego dochodzą problemy z utrzymaniem wysokiej wydajności na poziomie przemysłowym szczególnie przy braku dojrzałych i zautomatyzowanych linii produkcyjnych dostosowanych do tego materiału.

Po trzecie zaufanie rynku i inwestorów, które nie jest łatwo uzyskać. Ekscytujemy się nowinkami technologicznymi, lecz wydając pieniądze stawiamy na sprawdzone rozwiązania. Technologie perowskitowe są postrzegane jako eksperymentalne, a więc ryzykowne. Gdy przychodzi czas decyzji inwestycyjnych często perowskit przegrywa z dobrze znanym krzemem. Inwestorzy oczekują referencji przed inwestycją, których nie ma wiele z uwagi na brak zaufania i koło się zamyka. 

Jaka będzie przyszłość perowskitów? 

Ogniwa perowskitowe ciągle mają potencjał do zrewolucjonizowania rynku fotowoltaiki, ale ich przyszłość zależy od kilku kluczowych czynników technologicznych i komercyjnych. Absolutnie kluczowa jest poprawa żywotności ogniw i osiągnięcie poziomu zbliżonego do krzemu. Aby do tego doszło, perowskitami muszą zająć się poza startupami giganci branży fotowoltaicznej, gdyż to oni mają potencjał rynkowy, aby skutecznie wprowadzić technologię na szeroki rynek.

Najbardziej realistyczny scenariusz komercjalizacji perowskitów to ich zastosowanie w ogniwach tandemowych (perowskit + krzem). Obecnie osiągają one rekordowe sprawności powyżej 30%, co oznacza moduły osiągające znacznie większą moc z zajmowanej przestrzeni. Daje to też możliwość integracji z istniejącą infrastrukturą produkcyjną ogniw krzemowych, co ogranicza koszty wdrożenia.