Energia słoneczna odgrywa coraz większą rolę w globalnym miksie energetycznym, a w Stanach Zjednoczonych korzysta z niej już 7 proc. gospodarstw domowych. Mimo rosnącej popularności, rozwój fotowoltaiki wciąż napotyka na istotne wyzwania – wysokie koszty produkcji ogniw słonecznych oraz ograniczoną trwałość niektórych technologii.
Czytaj też: Chińska rewolucja w energetyce. Nowe ogniwa perowskitowe z rekordową sprawnością
Obecnie standardem w branży są ogniwa krzemowe, które charakteryzują się dobrą wydajnością, ale ich produkcja jest energochłonna i kosztowna. Wymaga zaawansowanej infrastruktury oraz dużych nakładów finansowych, co spowalnia powstawanie nowych zakładów wytwórczych. Dodatkowo, globalna produkcja krzemu jest w dużej mierze skoncentrowana w Chinach, co utrudnia rozwój niezależnych rynków energii słonecznej w innych krajach. Alternatywą dla krzemu mogą być ogniwa perowskitowe.
Ogniwa perowskitowe wreszcie będą stabilniejsze
Perowskit to materiał składający się z jodu, ołowiu i elementów organicznych. Jego unikalna struktura sprawia, że może być równie wydajny co krzem, a jednocześnie znacznie tańszy w produkcji. Naukowcy z laboratorium prof. Juana-Pablo Correa-Baeny w Georgia Institute of Technology od lat badają jego potencjał jako alternatywy dla krzemu.
Czytaj też: Rekordowe ogniwa perowskitowe! JinkoSolar przekracza granice technologii solarnej
Podstawową wadą ogniw perowskitowych była ich niska stabilność. W przeciwieństwie do krzemowych odpowiedników, które mogą pracować nawet przez 20 lat, ogniwa perowskitowe zaczynały się degradować już po roku użytkowania. Problem stanowiła ich wrażliwość na wysoką temperaturę i wilgoć, które prowadziły do szybkiej degradacji struktury materiału.
Zespół prof. Correa-Baeny opracował jednak nową metodę stabilizacji ogniw, wzmacniając je tytanem. Nowa technologia polega na zastosowaniu tytanu w procesie infiltracji z fazy parowej. Podczas produkcji ogniwa, zanim na jego powierzchnię zostanie nałożona elektroda dodatnia, warstwa perowskitu jest wystawiana na działanie tytanu w postaci gazowej.
Dzięki temu prostemu trikowi górna warstwa ogniwa staje się odporniejsza na działanie wysokich temperatur i czynników atmosferycznych. Naukowcy zauważyli, że dodanie tytanu znacząco spowalnia proces degradacji materiału, co może wydłużyć żywotność perowskitowych ogniw słonecznych.
Prof. Juan-Pablo Correa-Baena z Georgia Tech mówi:
Udało nam się wzmocnić jedną z warstw odpowiedzialnych za szybkie starzenie się ogniwa. Dzięki wprowadzeniu tytanu możemy zapobiec degradacji, co pozwala testować nowe ogniwa w rzeczywistych warunkach – na dachach budynków czy w innych wymagających środowiskach.
Przejście z krzemowych na perowskitowe ogniwa słoneczne może całkowicie zmienić oblicze branży energetyki odnawialnej. Zwiększona żywotność perowskitów sprawia, że ich produkcja może stać się bardziej opłacalna, a zastosowanie – znacznie szersze. Ta innowacja nie tylko pozwala na rozwój krajowego przemysłu fotowoltaicznego w USA, ale także wpisuje się w globalne dążenia do przyspieszenia transformacji energetycznej i redukcji emisji gazów cieplarnianych.
