Perowskitowe ogniwa słoneczne od lat budzą zainteresowanie badaczy oraz przemysłu, głównie ze względu na ich obiecującą wydajność i relatywnie niskie koszty produkcji w porównaniu do tradycyjnych technologii opartych na krzemie. Ale jednym z głównych wyzwań w drodze do ich komercjalizacji była ograniczona trwałość oraz degradacja pod wpływem światła, wilgoci i temperatury.
Czytaj też: Chińczycy z kolejnym rekordem! Takie ogniwa słoneczne to prawdziwy skarb
Najnowsze badania przeprowadzone przez naukowców z University of California i Lawrence Berkeley National Laboratory mogą zrewolucjonizować tę technologię, a wszystko za sprawą nowatorskiej metody pasywacji powierzchni przy użyciu związków terpirydyny. Szczegóły opisano w czasopiśmie Joule.
Perowskity wzmacniane terpirydyną to przełom, na który czekaliśmy
Perowskity to grupa naturalnych minerałów, które posiadają zdolność efektywnego przekształcania światła słonecznego na energię elektryczną. Pierwsze generacje ogniw perowskitowych osiągały zaledwie kilkuprocentową wydajność, ale w ciągu ostatniej dekady naukowcy dokonali ogromnych postępów w tej dziedzinie, zbliżając się do granicy wydajności, którą wcześniej osiągały jedynie najdroższe ogniwa krzemowe.
Czytaj też: Chińczycy potraktowali ogniwa słoneczne butanolem. Dziwna metoda miała szczytny cel
Problemem, który spowalniał wdrożenie ogniw perowskitowych na szerszą skalę, była degradacja samego materiału. Perowskity wykazują podatność na działanie czynników atmosferycznych, co w praktyce prowadzi do utraty wydajności w stosunkowo krótkim czasie. Dlatego kluczowym elementem w rozwoju tej technologii stało się znalezienie metody stabilizacji, która pozwoli na zwiększenie trwałości ogniw, przy jednoczesnym zachowaniu ich wysokiej wydajności.
W opisywanym badaniu naukowcy skupili się na procesie zwanym pasywacją, który polega na stabilizowaniu powierzchni perowskitowych ogniw słonecznych poprzez dodanie odpowiednich związków chemicznych. Tym razem użyto terpirydyny, cząsteczki organicznej znanej ze swojej zdolności do tworzenia silnych wiązań z metalami oraz stabilizacji struktur krystalicznych.
Wyniki badań są imponujące – ten prosty trik pozwolił na osiągnięcie wydajności 25,24 proc., co jest jednym z najwyższych wyników w historii tej technologii. Co więcej, ogniwa zachowały aż 90 proc. początkowej wydajności po 2664 godzinach nieprzerwanego naświetlania, co wskazuje na ich znacznie podwyższoną trwałość. To ogromny postęp, biorąc pod uwagę wcześniejsze problemy z degradacją perowskitów już po kilkuset godzinach ekspozycji na światło.
Dlaczego terpirydyna okazała się tak skuteczna? Naukowcy sugerują, że jej unikalna struktura molekularna doskonale pasuje do powierzchni perowskitów, tworząc stabilną barierę, która chroni materiał przed działaniem szkodliwych czynników zewnętrznych. Co ważne, nie zanotowano spadku wydajności nawet przy zastosowaniu wysokich stężeń terpirydyny, co otwiera nowe możliwości w dalszym rozwijaniu tej technologii.
Jeśli dalsze badania potwierdzą trwałość nowych ogniw w rzeczywistych warunkach atmosferycznych, możemy spodziewać się prawdziwej rewolucji w sektorze energetyki odnawialnej. Perowskity mogą znaleźć zastosowanie nie tylko w tradycyjnych instalacjach solarnych, ale również w budownictwie, transporcie oraz urządzeniach przenośnych, takich jak telefony komórkowe czy laptopy. Elastyczne ogniwa perowskitowe mogą być również zintegrowane z odzieżą, tworząc zupełnie nową kategorię urządzeń przenośnych zasilanych energią słoneczną.