Naukowcy z Princeton Engineering opracowali pierwsze ogniwo słoneczne z perowskitu o opłacalnej komercyjnej żywotności, co stanowi kamień milowy dla powstającej klasy technologii energii odnawialnej.
Ogniwo jest pierwszym tego typu urządzeniem, które może konkurować z wydajnością ogniw krzemowych, które dominowały na rynku od czasu ich wprowadzenia do użytku w 1954 r. Zespół Princeton przewiduje, że ich urządzenie może działać dłużej od obecnych standardów branżowych – przez okres ponad 30 lat. Opracowana i zastosowana w nimdodatkowa, ultracienka warstwa przykrywająca warstwę aktywną perowskitu i warstwę transportującą dziury stabilizuje interfejs, a jednocześnie zwiększa wydajność konwersji energii całkowicie nieorganicznych PSC z 14,9% do 17,4%.
Perowskity to półprzewodniki o specjalnej strukturze krystalicznej, która sprawia, że dobrze nadają się do technologii ogniw słonecznych. Można je wytwarzać w temperaturze pokojowej, zużywając znacznie mniej energii, niż potrzeba do produkcji ogniw krzemowych. To czyni je tańszymi i bardziej zrównoważonymi energetycznie w produkcji. Podczas gdy krzem jest sztywny i nieprzezroczysty, perowskity są elastyczne i przezierne, co umożliwia umieszczanie ich w różnych miejscach niedostępnych dla modułów z krzemu krystalicznego. Niedawno zademonstrowana całkowicie przezroczystąa folia perowskitowa (o innej chemii) może zamieniać okna w urządzenia wytwarzające energię elektryczną bez zmiany ich wyglądu. Inne grupy badawcze znalazły sposoby na drukowanie perowskitowych atramentów fotowoltaicznych, co pozwala naukowcom zajmującym się formfaktorami na multiplikowanie zastosowań PSC w wielu miejscach. W przeciwieństwie do krzemu „surowe” perowskity są jednak bardzo nietrwałe. Wczesne perowskitowe ogniwa słoneczne (PSC), stworzone w latach 2009–2012, pracowały zaledwie kilka minut.
W artykule opublikowanym 16 czerwca 2022 r. w „Science” Zespół Princeton, kierowany przez Lynn Loo, Theodora D. ’78 i William H. Walton III ’74 Professor in Engineering, zaprezentował swoje nowo zbudowane ogniwo perowskitowe i nową metodę testowania takich urządzeń. Ze względu na dobrze znaną słabość perowskitów, wykonywanie testów starzeniowych nie stanowiło do tej pory problemu. Jednak w miarę jak PSC stają się coraz lepsze i trwalsze, testowanie kolejnych prototypów stanie się kluczowe dla wprowadzania trwałych, przyjaznych dla konsumenta technologii.
Chociaż wydajność PSC wzrasta w niezwykłym tempie, w ciągu ostatniej dekady stabilność tych urządzeń poprawiała się wolniej. Aby technologia ogniw perowskitowych stała się powszechna i weszła w fazę masowej produkcji przemysłowej, testy będą musiały stać się bardziej wyrafinowane. Tu właśnie pojawia się przyspieszony, opracowany właśnie symulowany, laboratoryjny proces starzenia się ogniw.
Nowa metoda testowania przyspiesza proces starzenia. Polega na oświetlaniu ogniw przy jednoczesnym nadmuchu ciepłem. Proces ten przyspiesza to, co dzieje się w środowisku naturalnym przez lata regularnej ekspozycji. Naukowcy wybrali cztery temperatury dla procesów starzeniowych i zmierzyli wyniki, dzięki czemu uzyskali dane dla temperatury bazowej typowego letniego dnia oraz skrajnych temperatur rzędu 230 stopni Fahrenheita, wyższych niż temperatura wrzenia wody.
Następnie dokonali ekstrapolacji połączonych danych i prognozowali wydajność urządzenia w temperaturze pokojowej przez dziesiątki tysięcy godzin ciągłego oświetlenia. Wyniki pokazały, że urządzenie będzie działać z ponad 80% swojej szczytowej wydajności przy ciągłym oświetleniu przez co najmniej pięć lat w średniej temperaturze 95 stopni Fahrenheita. W porównaniu do standardowych wskaźników konwersji, jest to odpowiednik laboratoryjny 30 lat pracy na zewnątrz na obszarze takim jak Princeton w stanie New Jersey.
Źródło: Princeton University
Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika
