Niemieccy naukowcy opracowują nowy sposób wytwarzania ogniw perowskitowych
Zespół naukowców z niemieckiego Uniwersytetu Marcina Lutra w Halle i Wittenberdze opracował nowy proces produkcji ogniw perowskitowych, który może według nich pozytywnie wpłynąć na ich trwałość i ograniczyć spadek efektywności w czasie. Ponadto zespół poddał szczegółowej obserwacji proces formowania się i rozkładu perowskitu, co może pomóc w dalszych badaniach nad wysokowydajnymi ogniwami słonecznymi wykonanymi z tego minerału.
Czym są ogniwa perowskitowe? Perowskit to minerał o wzorze chemicznym CaTiO3, a wykonane z niego ogniwa fotowoltaiczne mają być lekkie, bardzo elastyczne, tanie w produkcji, a nawet półprzeźroczyste. Możliwe ma być nanoszenie ich praktycznie na każdą powierzchnię budynku, nie tylko na dach. Tym samym perowskity dają nadzieję na prawdziwy przełom w branży i stwarzają realną alternatywę wobec krzemowych paneli fotowoltaicznych poli- i monokrystalicznych, które montuje się tylko na dachu. Stąd właśnie ekonomiczne sposoby wytwarzania ogniw perowskitowych są przedmiotem intensywnych badań.
Niemieccy naukowcy widzą przyszłość w procesie zwanym współodparowywaniem, który jest już dobrze znany i szeroko stosowany w innych branżach. Polega na podgrzewaniu materiałów pierwotnych w próżni, aż nie zaczną odparowywać. Pary mieszają się ze sobą oraz osiadają i formuują cienką krystaliczną warstwę na zimniejszym podłożu szklanym. Według zespołu naukowców ten proces produkcji perowskitowych ogniw fotowoltaicznych pozwala na stworzenie stabilniejszych cienkowarstwowych powłok o większej żywotności.
Jakie są zalety tej metody? Główny autor badania, Paul Piston wskazuje na fakt, że "każda część procesu może być bardzo dobrze kontrolowana. W ten sposób warstwy stają się bardzo jednorodne, a grubość i skład kryształów można łatwo regulować" - co daje nadzieję na skuteczne wykorzystanie tego procesu do masowej produkcji.
Proces opisany został w pracy "Fazy krystaliczne i termiczna trwałość współodparowywanych cienkich filmów CsPbX3 (X = I, Br)", opublikowanej w sierpniu tego roku w czasopiśmie Physical Chemistry Letters. Zespół był w stanie wytworzyć warstwy perowskitu, które ulegają rozkładowi dopiero w temperaturze powyżej 360 ° C. Ponadto korzystając z prześwietleń promieniami rentgena, zespół zaobserwował formowanie się i rozkład kryształów w czasie rzeczywistym.
Metoda współodparowywania nie jest jedyną, która daje realne nadzieje na przemysłowe wykorzystanie wyjątkowych właściwości perowskitów. Perowskitowy przemysł jest obecnie na etapie szybkiego rozwoju i badań, a w wyścigu tym uczestniczy również nasza rodzime przedsiębiorstwo Saule Technologies. Pod przewodnictwem młodej naukowiec Olgi Malinkiewicz i w spółce z gigantem rynku budowlanego, szwedzkim Skanska, firma opracowuje właśnie pierwsze budynki pokryte półprzeźroczystą, perowskitową, wytwarzającą energię powłoką. Ich technika produkcji zakłada zastosowanie druku atramentowego i ma pozwalać na pokrycie powłoką fotowoltaiczną obiektów o dowolnym kształcie.
Jakie perspektywy może to przed nami stwarzać? Wieżowce, biurowce i domy prywatne, których południowa fasada, włącznie z oknami, pokryta jest cienkowarstwową, wytwarzającą energię powłoką. Tańsze instalacje fotowoltaiczne. Panele fotowoltaiczne montowane w miejscach, gdzie nie było to możliwe ze względu na ich dużą masę. Zmniejszenie emisji spalin kopalnych i poprawa jakości powietrza, a w związku z tym zdrowia publicznego. Czy ogniwa perowskitowe pomogą nam osiągnąć taką przyszłość? Mają duży potencjał, ale wydaje się, że najważniejsza zmiana musi zajść w świadomości społeczeństwa. Jeśli nie nauczymy się myśleć naprzód, trudno będzie skorzystać nawet z najbardziej korzystnych technologii. Ceny paneli fotowoltaicznych już na chwilę obecną są na tyle korzystne, że dobrze zaprojektowana instalacja może zwrócić się w 7-12 lat, a generować zysk przez następnych kilkanaście lub nawet kilkadziesiąt.
