Zmierzch krzemu – w cieniu perowskitowej rewolucji

Perowskit to minerał z grupy perowskitów, którego wzorcowy przedstawiciel to tytanian (IV) wapnia CaTiO3. Po raz pierwszy został odkryty przez Gustawa Rosego w górach Ural w roku 1839. Nazwę swoją zawdzięcza rosyjskiemu mineralogowi Lwowi Pierowskiemu. Perowskit jest minerałem występującym w naturze jako składnik części skał ultrazasadowych, zasadowych pegmatytów i łupków krystalicznych. W Polsce jednak w ostatnich latach najczęściej słyszy się o nim w związku z dr Olgą Malinkiewicz, która odkryła metodę niskotemperaturowego wytwarzania ogniw fotowoltaicznych opartych na technologii perowskitowej, a w tym roku wraz z zespołem Saule Technologies skomercjalizowała wynalazek.

Zdjęcie autora: Katarzyna Puchała

Katarzyna Puchała

Prawnik, autorka publikacji o tematyce prawa energetycznego i klimatycznego

Nokaut dla krzemu

Technologia wytwarzania perowskitu przed rozwinięciem jej przez dr Malinkiewicz i jej zespół była kosztowna. Pierwsze ogniwa oparte na tlenku tytanu wymagały co najmniej 5 cyklów przetworzenia. Do wytworzenia ogniw były konieczne drogie polimery i wysoka temperatura – a to wszystko powodowało, że atrakcyjna technologia na skalę produkcji okazywała się nieopłacalna. Wszystko zmieniło się za sprawą polskiej fizyk i jej zespołu.

Saule tworzy perowskit w drodze syntezy chemicznej, bez użycia tlenku tytanu czy kosztownych polimerów w temperaturze 30°C. Wytworzony produkt syntezy chemicznej nanoszony jest dyszą drukarki atramentowej w wysokiej rozdzielczości na powierzchnię podkładową – zazwyczaj folię. Nie tylko zmniejsza to koszty produkcji materiału półprzewodnikowego, ale również w znacznym stopniu ogranicza ślad węglowy i negatywny wpływ na środowisko procesu produkcji. To jeden z nokautujących technologię krzemową aspektów fotowoltaiki perowskitowej.

Kolejnym walorem ogniw perowskitowych jest ich odporność na zniekształcenia, która w przypadku krzemu jest ograniczona jego strukturą krystaliczną oraz budową ogniwa na trzech warstwach – warstwy typu p, grubszej warstwy krzemu, która absorbuje fotony do wybicia elektronów oraz warstwy typu n. W przypadku perowskitu wykluczony jest aspekt grubej (i kruchej) warstwy odpowiedzialnej za wspomaganie fotonów w wybijaniu elektronów, ponieważ zakres pasma wzbronionego Saule modeluje, ingerując w strukturę krystaliczną półprzewodnika. Do budowy ogniwa fotowoltaicznego w przypadku perowskitów nie potrzeba aluminiowych ram, szyb hartowanych ani temperatury 1 000°C, ponieważ całe zjawisko fotowoltaiczne zachodzi wewnątrz elastycznego kryształu, zamkniętego w folii i z pomocą elektrody.

Gdyby wszystkie powyższe argumenty nie wystarczyły do przekonania, że perowskity są istotnie technologią przyszłości, pozostaje ostatni: perowskit jest materiałem fotoaktywnym o właściwościach absorpcyjnych dla całego spektrum światła; widzialnego, światła sztucznego, rozproszonego i pośredniego.

Polka, która zmieniła zasady gry na rynku fotowoltaicznym

Olga Malinkiewicz jest polską fizyk – licencjat uzyskała w 2005 roku na Wydziale Fizyki UW, studia magisterskie kontynuowała na Politechnice Katalońskiej w Barcelonie, gdzie obroniła pracę w 2010 roku, a następnie kontynuowała studia doktoranckie na Uniwersytecie w Walencji.

W 2014 roku po odkryciu metody wytwarzania ogniw perowskitowych wróciła do Polski, aby wraz z Piotrem Krychem i Arturem Kupczunasem jako CTO i wiceprezes zarządu założyć Saule Technologies i skomercjalizować technologię.

Dr Malinkiewicz jest laureatką wielu nagród – w tym głównej nagrody w konkursie Photonics21 przyznanej przez Komisję Europejską w 2014 r., zdobyła również tytuł „Innovator of the Year” w konkursie „Innovators under 35” organizowanym przez MIT Technology Review w 2015 jako pierwsza Polka. Została odznaczona Krzyżem Kawalerskim Orderu Odrodzenia Polski za wybitne zasługi dla rozwoju nauki polskiej oraz wyróżniona przez magazyn Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego i uznana za jedną z najważniejszych kobiet w świecie nowoczesnych technologii. We wrześniu tego roku została nagrodzona Planetą Lema w dziedzinie technologii za wynalezienie i komercjalizację drukowanych ogniw słonecznych na bazie perowskitów.

Dowiedz się więcej!

  • 2021 rokiem perowskitu
  • 5 pytań do Olgi Malinkiewicz

Cały artykuł przeczytaj w najnowszym wydaniu Globenergia 3/2021

Zobacz również