Samonaprawiające się ogniwa słoneczne zmianą w energii solarnej
Przyszłe ogniwa słoneczne mogą wkrótce mieć zdolność do samonaprawy, co znacznie poprawi ich odporność na korozję.
Odkrycie jest obiecujące dla rozwoju w kierunku niezawodnych i wydajnych perowskitowych ogniw słonecznych, które są kluczowym czynnikiem w przejściu na zrównoważoną energię.
Perowskitowe ogniwa słoneczne to rodzaj ogniw słonecznych, które zawierają związek zwany perowskitem w swojej warstwie pochłaniającej światło. Materiał ten ma unikalną strukturę krystaliczną, która pozwala na wysoką wydajność w przekształcaniu światła słonecznego w energię elektryczną. Pomimo swojego potencjału, PSC są podatne na degradację pod wpływem czynników środowiskowych, takich jak wilgoć, ciepło i światło, co wpływa na ich długoterminową wydajność i stabilność.
PSC znane są z wysokiej wydajności, lekkiej konstrukcji i niskich kosztów. Mają one szansę stać się przyszłością produkcji energii słonecznej. Obecne wyzwania obejmują jednak zwiększenie ich trwałości i opracowanie metod produkcji na dużą skalę. Najnowsze badanie opublikowane w czasopiśmie Nature przedstawia strategię zwiększania stabilności i wydajności PSC poprzez mechanizm znany jako „samoleczenie”.
Naukowcy z Monash University, University of Oxford i City University of Hong Kong opracowali strategię poprawy długowieczności i wydajności PSC. Wprowadzili oni unikalny czynnik, który dynamicznie naprawia warstwę perowskitu pod wpływem czynników środowiskowych, takich jak wilgoć i ciepło. Zapewnia to stałą wydajność i dłuższą żywotność ogniw słonecznych.
Podejście doprowadziło do stworzenia ogniw słonecznych o sprawności konwersji energii wynoszącej 25,1% i wyjątkowej stabilności, wytrzymujących 1000 godzin przyspieszonych testów starzenia w temperaturze 85°C i przy symulowanym oświetleniu słonecznym.
Profesor Udo Bach, współautor badania i dyrektor Wydziału Inżynierii Chemicznej i Biologicznej w Monash, podkreślił znaczenie pracy. Zauważył: „Badania te dotyczą krytycznych kwestii związanych z pasywacją defektów w perowskitach, które utrudniały powszechne przyjęcie tej obiecującej technologii. Nasza strategia powolnego uwalniania stanowi znaczący postęp w dziedzinie fotowoltaiki. Poprzez stopniowe uwalnianie środków pasywujących do naszego materiału perowskitowego, byliśmy w stanie wyprodukować ogniwa słoneczne nie tylko o lepszej wydajności, ale także o wydłużonej długoterminowej stabilności w rzeczywistych warunkach”.
Mechanizm „samoleczenia” obejmuje specjalny środek, który pasywuje defekty w materiale. Defekty w warstwie perowskitu mogą prowadzić do obniżenia wydajności i szybszej degradacji ogniw słonecznych. Pasywacja to proces, w którym materiał staje się mniej reaktywny poprzez pokrycie jego powierzchni warstwą ochronną. Opracowana przez naukowców strategia powolnego uwalniania oznacza, że środek pasywujący jest stopniowo uwalniany do warstwy perowskitu w czasie, stale naprawiając wszelkie powstałe defekty.
Zdolność PSC do samoleczenia jest znaczącym krokiem w kierunku uczynienia energii słonecznej bardziej zrównoważoną i niezawodną. Energia słoneczna jest kluczowym elementem globalnych wysiłków na rzecz zmniejszenia zależności od paliw kopalnych i złagodzenia zmian klimatycznych. Poprawiając trwałość i wydajność ogniw PSC, badania te przybliżają nas do zrównoważonej produkcji energii słonecznej na dużą skalę.
Przełom ten odnosi się również do jednej z głównych barier w komercyjnym przyjęciu PSC: ich stabilności. Obecne technologie ogniw słonecznych, takie jak ogniwa krzemowe, są stabilne, ale drogie i mniej wydajne niż ogniwa perowskitowe. Z drugiej strony, ogniwa perowskitowe oferują wyższą wydajność przy niższych kosztach, ale borykają się z kwestiami stabilności. Mechanizm samoregeneracji stanowi rozwiązanie tego problemu, potencjalnie czyniąc ogniwa PSC bardziej realną opcją do powszechnego użytku.
Rozwój regenerujących się ogniw słonecznych stanowi znaczący postęp w technologii energii słonecznej. Przełom ten nie tylko poprawia wydajność i trwałość PSC, ale także znacząco przyczynia się do globalnej zmiany w kierunku zrównoważonej energii.
Szymon Ślubowski
