W grupie perowskitów występują zarówno materiały 3D, jak i 2D, przy czym te drugie są często stabilniejsze. Wykorzystując zaawansowane symulacje komputerowe i uczenie maszynowe, zespół badawczy z Chalmers University of Technology zbadał szereg materiałów perowskitowych 2D i uzyskał kluczowe informacje na temat tego, co wpływa na właściwości. Wyniki badań przedstawiono w artykule w ACS Energy Letters.
Pierwsze takie ogniwa słoneczne na świecie. Ich wydajność zwala z nóg
Prof. Paul Erhart z Chalmers University of Technology mówi:
Mapując materiał w symulacjach komputerowych i poddając go różnym scenariuszom, możemy wyciągnąć wnioski na temat tego, jak atomy w materiale reagują po wystawieniu na działanie ciepła, światła, itd. Różnica między symulacjami a eksperymentami polega na tym, że możemy obserwować na poziomie szczegółowym, co dokładnie doprowadziło do końcowych punktów pomiarowych w eksperymentach. Daje nam to znacznie lepszy wgląd w to, jak działają perowskity 2D.
Ogniwa perowskitowe wreszcie trafią na salony?
Perowskity to unikalne materiały, które przyciągnęły uwagę naukowców dzięki swoim doskonałym właściwościom absorpcji światła oraz łatwości produkcji. Ich zdolność do efektywnej konwersji światła słonecznego na energię elektryczną sprawia, że są uważane za potencjalnie lepsze od tradycyjnych krzemowych ogniw słonecznych. Dodatkową zaletą perowskitów jest możliwość ich wytwarzania na dużą skalę przy niższych kosztach, co może zrewolucjonizować przemysł fotowoltaiczny.
Czytaj też: Chińczycy z kolejnym rekordem! Takie ogniwa słoneczne to prawdziwy skarb
Główną przeszkodą, która do tej pory ograniczała szerokie zastosowanie perowskitów, była ich niestabilność. Materiały te są podatne na degradację pod wpływem czynników zewnętrznych, takich jak wilgoć, światło UV oraz wysoka temperatura, co ograniczało ich długoterminową wydajność.
Z pomocą symulacji komputerowych badacze odkryli, że stabilność można poprawić poprzez zmiany w składzie chemicznym i strukturze krystalicznej perowskitów halogenkowych. Są to takie perowskity, które zawierają halogenki (pierwiastki z grupy halogenów, takie jak fluor, chlor, brom czy jod) oraz metal, najczęściej ołowiany lub cyny, w połączeniu z organicznymi kationami. Szczególnie istotne było kontrolowanie defektów strukturalnych, które prowadzą do szybkiej degradacji materiału. Dzięki tym modyfikacjom nowe wersje perowskitów wykazują znacznie większą odporność na czynniki zewnętrzne i dłuższą żywotność, co czyni je bardziej odpowiednimi do komercyjnego zastosowania.
Adiunkt Julia Wiktor z Chalmers University of Technology wyjaśnia:
Dało nam to zarówno znacznie szerszy przegląd niż wcześniej, jak i możliwość badania materiałów znacznie bardziej szczegółowo. Widzimy, że w tych bardzo cienkich warstwach materiału każda warstwa zachowuje się inaczej, a to jest coś, co jest bardzo, bardzo trudne do wykrycia eksperymentalnie.
Dzięki nowym metodom stabilizacji, naukowcy stworzyli ogniwa słoneczne z perowskitów, które osiągają wydajność rzędu 24 proc. Oprócz wyższej efektywności, ogniwa te zachowują stabilność nawet w trudnych warunkach atmosferycznych, co było jednym z głównych wyzwań w poprzednich wersjach.
Technologia ta pozwala także na produkcję cienkowarstwowych ogniw słonecznych, które mogą być integrowane z różnorodnymi powierzchniami, od budynków po urządzenia mobilne. To otwiera nowe możliwości dla zastosowania energii słonecznej w różnych dziedzinach.