Ultracienkie ogniwa perowskitowe dla okien i fasad coraz bliżej
Fotowoltaika zintegrowana z budynkami od lat pozostaje jednym z najbardziej obiecujących, ale też najbardziej wymagających kierunków rozwoju technologii solarnej. Naukowcy z Singapuru pokazali rozwiązanie, które może rozszerzyć możliwości rozwoju tego segmentu rynku PV.
Perowskitowe ogniwa słoneczne od lat postrzegane są jako jedna z najbardziej obiecujących technologii nowej generacji w fotowoltaice, ale ich komercjalizacja wciąż napotyka istotne bariery związane ze skalowalnością produkcji i trwałością.
Naukowcy z Nanyang Technological University (NTU) w Singapurze zaprezentowali rozwiązanie, które może wzmocnić jeden z najbardziej perspektywicznych kierunków dla tej technologii.
Ogniwa cieńsze od klasycznych konstrukcji
Zespół badawczy opisał ultracienkie ogniwa perowskitowe wytwarzane w pełni z wykorzystaniem próżniowego procesu odparowywania termicznego. Opracowane konstrukcje wykorzystują warstwę absorbera perowskitowego o grubości zaledwie 10, 30 lub 60 nanometrów, co oznacza poziom około 50 razy niższy niż w przypadku bardziej konwencjonalnych konstrukcji tego typu.
Najcieńszy wariant osiągnął sprawność konwersji energii na poziomie około 7 proc., podczas gdy ogniwa z warstwami 30 nm i 60 nm uzyskały odpowiednio około 11 i 12 proc. Autorzy podkreślają, że mimo ekstremalnego ograniczenia grubości absorberów kluczowe parametry elektryczne, takie jak napięcie obwodu otwartego i współczynnik wypełnienia, pozostały porównywalne z bardziej klasycznymi ogniwami perowskitowymi wykorzystującymi znacznie grubsze warstwy aktywne.
Transparentna fotowoltaika dla budynków
Najbardziej interesującym kierunkiem zastosowań wydaje się segment półtransparentnej fotowoltaiki zintegrowanej z budynkami (BIPV). Według badaczy opracowane ogniwa mogą osiągać średnią transparentność światła widzialnego (AVT) sięgającą nawet 65 proc. W jednym z testów demonstracyjnych półtransparentne ogniwo z warstwą absorbera o grubości 60 nm osiągnęło sprawność na poziomie 7,6 proc., jednocześnie przepuszczając około 41 proc. światła widzialnego.
Tego typu parametry mogą otwierać drogę do zastosowań w szklanych fasadach, oknach czy innych elementach architektonicznych, gdzie kluczowe znaczenie ma kompromis między produkcją energii a estetyką i dostępem światła dziennego.
Produkcja bliższa przemysłowi niż laboratorium
Istotnym wyróżnikiem rozwiązania jest sam proces produkcyjny. W przeciwieństwie do wielu eksperymentalnych ogniw perowskitowych rozwijanych z wykorzystaniem procesów opartych na rozpuszczalnikach, technologia NTU bazuje na w pełni próżniowym odparowywaniu termicznym. To podejście ma kilka potencjalnych zalet. Autorzy w wypowiedziach cytowanych przez PV Magazine wskazują na lepszą kontrolę jakości cienkich warstw, ograniczenie defektów materiałowych oraz eliminację toksycznych rozpuszczalników wykorzystywanych w niektórych procesach laboratoryjnych. Równie istotny jest aspekt przemysłowy, ponieważ odparowywanie próżniowe pozostaje techniką lepiej znaną środowisku produkcyjnemu niż część alternatywnych metod stosowanych w badaniach nad perowskitami.
To wciąż etap badawczy
Mimo obiecujących wyników technologia pozostaje na wczesnym etapie rozwoju. Badacze nie przedstawili przyspieszonych danych dotyczących długoterminowej stabilności ani wyników dla dużych powierzchni wykraczających poza demonstratory o powierzchni kilku centymetrów kwadratowych. Zespół deklaruje jednak współpracę z partnerami przemysłowymi nad standaryzacją procesu, poprawą trwałości i oceną skalowalności technologii. Jeśli te bariery uda się pokonać, perowskity mogą zyskać realną ścieżkę do zastosowań tam, gdzie klasyczna fotowoltaika pozostaje trudna do integracji z architekturą.
Dotychczasowe wyniki swoich badań opublikowali w pracy badawczej „Ultrathin Fully Vacuum-Processed Perovskite Solar Cells with Absorbers Down to 10 nm” opublikowanej w czasopiśmie ACS Energy Letters.
Radosław Błoński
redakcja@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy E-Magazyny Sp. z o.o.
