Nowa era perowskitów. Hybrydowe ogniwa słoneczne, które przetrwają ekstremalne warunki

Koreańscy naukowcy opracowali hybrydowe ogniwa słoneczne, które nie tylko przechwytują światło widzialne, ale także bliską podczerwień, co pozwala na bardziej efektywne wykorzystanie energii słonecznej. Nowatorska konstrukcja utrzymuje aż 80 proc. swojej pierwotnej wydajności nawet po 800 godzinach eksploatacji w trudnych warunkach środowiskowych.
Panele słoneczne – zdjęcie poglądowe /Fot. Unsplash

Panele słoneczne – zdjęcie poglądowe /Fot. Unsplash

Zespół naukowców z Korea Advanced Institute of Science & Technology (KAIST) stworzył przełomowe ogniwa słoneczne na bazie perowskitów, wzbogacone o komponenty organiczne. Są one zdolne do przechwytywania światła widzialnego i bliskiej podczerwieni, co pozwala na wykorzystanie większego spektrum energii słonecznej. Co więcej, technologia jest bardzo blisko komercjalizacji i wkrótce może zrewolucjonizować sektor energetyczny.

Czytaj też: Ogniwa słoneczne jak na “dopingu”. Nie uwierzysz, jaki pierwiastek odmienił ich wydajność

Badanie opisane w czasopiśmie Advanced Materials wytycza nowe szlaki, znacznie zwiększając wydajność konwersji energii urządzenia hybrydowego do 24 proc., w porównaniu z dotychczasowymi 20,4 proc.

Hybrydowe ogniwa perowskitowe przyszłością sektora energetycznego

Hybrydowe ogniwa perowskitowe łączą cechy materiałów perowskitowych i komponentów organicznych, co pozwala na znaczące poszerzenie zakresu światła pochłanianego przez ogniwa. Tradycyjne ogniwa perowskitowe, wykonane z materiałów o strukturze podobnej do minerałów o nazwie perowskit, znane są z wysokiej wydajności konwersji światła w energię oraz stosunkowo niskich kosztów produkcji.

Czytaj też: Ogniwa słoneczne z rekordową wydajnością. Spektakularny wynik na wyciągnięcie ręki

Ale większość takich ogniw może absorbować tylko światło widzialne (o długości fali 850 nm lub mniejszej), co ogranicza ich wydajność. To ograniczenie uniemożliwia ogniwom wykorzystanie około 52 proc. całkowitej dostępnej energii słonecznej. W hybrydowych ogniwach perowskitowych dodanie warstwy heterozłącza organicznego (BHJ) pozwala na przechwytywanie również bliskiej podczerwieni, która stanowi znaczącą część widma słonecznego. Dzięki temu hybrydowe ogniwa mogą przekształcać większy zakres energii słonecznej w energię elektryczną.

Proponowana warstwa międzyfazowa dipolowa tworzy silny dipol międzyfazowy, skutecznie redukując barierę energetyczną między perowskitem a heterozłączem organicznym (BHJ) i tłumiąc akumulację dziur. Ta technologia poprawia zbieranie fotonów bliskiej podczerwieni i transfer ładunku, a w rezultacie wydajność konwersji mocy ogniwa słonecznego wzrasta do 24 proc. /Fot. KAIST

Naukowcy z KAIST stworzyli hybrydowe ogniwa słoneczne, które łączą zalety perowskitów i organicznych materiałów heterozłączowych. Zawierają one także dodatkową warstwę dyfuzyjną w postaci subnanometrowego dipola, który redukuje bariery energetyczne między warstwami perowskitowymi i organicznymi. Dzięki temu poprawiono transfer ładunku i absorpcję światła bliskiej podczerwieni, zwiększając gęstość prądu do 4,9 mA/cm2.

W ogniwie słonecznym wewnętrzna wydajność kwantowa (IQE) mierzy, jak skutecznie przekształca ono przychodzące fotony (cząstki światła) w prąd elektryczny. Nowo opracowane urządzenie osiągnęło rekordowo wysoki IQE wynoszący 78 proc. w obszarze bliskiej podczerwieni.

Testy potwierdziły także, że ogniwo utrzymuje aż 80 proc. pierwotnej wydajności po 800 godzinach eksploatacji nawet w warunkach wysokiej wilgotności. W porównaniu do standardowych ogniw perowskitowych, które mogą się degradować pod wpływem warunków środowiskowych, ten projekt oferuje znacznie większą trwałość. Nowe ogniwa hybrydowe mogą znaleźć zastosowanie w szerokiej gamie projektów, od rozwiązań indywidualnych, przez wielkoskalowe instalacje, po urządzenia IoT zasilane energią słoneczną.