Ogniwa perowskitowe już niedługo na dachach? Pokonano największą przeszkodę
O tym że perowskitowe ogniwa są przyszłością energetyki, nikogo z branży przekonywać już nie trzeba. Dotychczas główną przeszkodą utrudniającą ich powszechne zastosowanie była niestabilność. Teraz jednak udało się ją przezwyciężyć.
Perowskity występują zarówno w postaci materiałów 3D, jak i 2D, przy czym te drugie są często bardziej stabilne. Wykorzystując zaawansowane symulacje komputerowe i uczenie maszynowe, zespół badawczy z Chalmers University of Technology przeanalizował szereg materiałów perowskitowych 2D, uzyskując kluczowe informacje na temat czynników wpływających na ich właściwości. Wyniki tych badań przedstawiono w artykule opublikowanym w ACS Energy Letters.
„Mapując materiał w symulacjach komputerowych i poddając go różnym scenariuszom, możemy wyciągnąć wnioski o tym, jak atomy w materiale reagują na działanie ciepła, światła itp. Różnica między symulacjami a eksperymentami polega na tym, że możemy obserwować na poziomie szczegółowym, co dokładnie doprowadziło do końcowych wyników pomiarów w eksperymentach. Daje nam to znacznie lepszy wgląd w funkcjonowanie perowskitów 2D” – twierdzi Prof. Paul Erhart z Chalmers University of Technology.
Czy ogniwa perowskitowe w końcu wejdą do powszechnego użycia?
Perowskity to wyjątkowe materiały, które przyciągnęły uwagę naukowców dzięki doskonałym właściwościom absorpcji światła i łatwości produkcji. Ich zdolność do efektywnej konwersji światła słonecznego na energię elektryczną sprawia, że są postrzegane jako potencjalnie lepsze od tradycyjnych krzemowych ogniw słonecznych. Dodatkowo możliwość wytwarzania perowskitów na dużą skalę przy niższych kosztach może zrewolucjonizować przemysł fotowoltaiczny.
Największą przeszkodą, która dotychczas ograniczała szerokie zastosowanie perowskitów, była ich niestabilność. Materiały te są podatne na degradację pod wpływem czynników zewnętrznych, takich jak wilgoć, promieniowanie UV i wysoka temperatura, co ograniczało ich długoterminową wydajność.
Dzięki symulacjom komputerowym badacze odkryli, że stabilność można poprawić poprzez modyfikacje w składzie chemicznym i strukturze krystalicznej perowskitów halogenkowych. Są to perowskity zawierające halogenki (pierwiastki z grupy halogenów, takie jak fluor, chlor, brom czy jod) oraz metal, najczęściej ołów lub cynę, w połączeniu z organicznymi kationami. Szczególnie ważne okazało się kontrolowanie defektów strukturalnych prowadzących 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.
„Dało nam to zarówno znacznie szerszy przegląd niż wcześniej, jak i możliwość badania materiałów w dużo większych szczegółach. Widzimy, że w tych bardzo cienkich warstwach materiału każda warstwa zachowuje się inaczej, a to jest coś, co jest niezwykle trudne do wykrycia eksperymentalnie” – wyjaśnia Adiunkt Julia Wiktor z Chalmers University of Technology.
Dzięki nowym metodom stabilizacji naukowcy stworzyli ogniwa słoneczne z perowskitów osiągające wydajność rzędu 24%. Oprócz wyższej efektywności ogniwa te zachowują stabilność nawet w trudnych warunkach atmosferycznych, co było jednym z głównych wyzwań wcześniejszych wersji.
Technologia ta umożliwia także produkcję cienkowarstwowych ogniw słonecznych, które mogą być integrowane z różnorodnymi powierzchniami—from budynków po urządzenia mobilne. Otwiera to nowe możliwości dla zastosowania energii słonecznej w różnych dziedzinach.
