PDF Basket
Ogniwo słoneczne, zwane też ogniwem fotowoltaicznym, pochłania promieniowanie słoneczne i wykorzystuje uzyskaną w ten sposób energię do wytworzenia prądu elektrycznego. Ogniwa umieszczone w panelach słonecznych są w stanie generować wystarczająco dużo energii, by zasilać domy, szkoły czy biura bądź oddawać tę energię bezpośrednio do sieci elektrycznej.
Krzem jest najpopularniejszym materiałem wykorzystywanym w ogniwach słonecznych. Co więcej, okazuje się, że użycie innych materiałów może podnieść sprawność ogniw, zwiększyć ich wszechstronność i poprawić opłacalność stosowania. Weźmy na przykład perowskity, materiały o strukturze krystalicznej identycznej z tytanianem wapnia.
Henry Snaith, profesor Uniwersytetu Oksfordzkiego, mówi: „Perowskity używane w charakterze materiału absorbującego pozwalają wytwarzać wysoce wydajne ogniwa elektryczne, których sprawność sięga niemal tej, jaką oferują nam zwykłe ogniwa krzemowe”. Ale jak ogniwa perowskitowe miałyby konkurować z mającymi już znaczną wydajność ogniwami krzemowymi, które są produkowane masowo? Snaith utrzymuje, że rozwiązaniem jest dążenie do wyższej sprawności, a to dokładnie kierunek badań podejmowanych w ramach finansowanego przez UE projektu PERTPV.
Łączenie ogniw w stosy w celu uzyskania wyższego napięcia i sprawności
Co takiego mają w sobie perowskity, czego brak krzemowi? Pewnego rodzaju uniwersalność. Snaith zauważa: „Perowskity, w zależności od składu, absorbują światło o różnych częstotliwościach. Oznacza to, że zamiast polegać na ogniwach z jednego materiału, na przykład z krzemu, można złożyć ze sobą kilka ogniw, które będą absorbować światło słoneczne z różnych zakresów”. Snaith wyjaśnia dalej, dlaczego jest to tak istotne – energia światła słonecznego zależy zasadniczo od jego częstotliwości. „Ogniwo słoneczne może wytworzyć tylko takie napięcie, na jakie pozwala mu zaabsorbowana energia światła słonecznego”, mówi. „Składając ogniwa w stosy można zwiększyć zakres częstotliwości, a dzięki temu jednocześnie uzyskiwane napięcie i sprawność panelu”.
Obecnie firma Oxford PV, spin-off należący do Uniwersytetu Oksfordzkiego, opracowuje metodę tworzenia stosów perowskitów na podstawie krzemowej. Gotowy produkt ma trafić na rynek w przyszłym roku. Projekt PERTPV idzie o krok dalej. Prowadzone pod jego egidą badania mają doprowadzić do opracowania stosu ogniw perowskitowych umieszczanych na ogniwach perowskitowych.
Snaith zauważa: „Ostatecznie naszym celem jest zaprezentowanie rozwiązania o dużej sprawności bazującego na perowskitach o szerokiej i wąskiej przerwie. To z kolei pozwoli nam opracować ogniwa tandemowe o sprawności 30 %, w których perowskit jest umieszczany na perowskicie”.
Ale to nie wszystko
Projekt już przyniósł pewne korzyści. Przykładowo dla perowskitów o szerokiej przerwie energetycznej, które miałyby znaleźć się na szczycie stosu i jako pierwsze zbierać światło, udało się już niemal osiągnąć sprawność docelową. Uczeni widzą też nadzieję na osiągnięcie dobrej stabilności materiałów w niższej przerwie energetycznej, w których wykorzystuje się połączenie cyny i ołowiu.
Według Snaitha wyzwanie stanowi sprawność perowskitów o wąskim paśmie wzbronionym. „Tu nadal mówimy o sprawności na poziomie 18–19 %, a potrzebujemy 23 %, żeby całość mogła osiągnąć docelową sprawność 30 %”, wyjaśnia uczony. „Na razie możemy myśleć o sprawności zaledwie 25-procentowej i to jest wynik, nad którym należy jeszcze popracować”.
Poza stworzeniem samej technologii prace projektowe zmierzają także do rozwiązania problemu opracowania metod wytwarzania tandemowych ogniw perowskitowych. Snaith dodaje: „Mamy już wszystkie elementy układanki, musimy tylko jakoś je ze sobą poskładać i zaproponować ostateczne rozwiązanie. Jestem jednak przekonany, że zanim projekt dobiegnie końca, będziemy już mieli gotowe perowskitowe ogniwo tandemowe”.
Mimo że trudno podawać tu konkretne daty, Snaith utrzymuje, że wielozłączowe ogniwa perowskitowe powinny trafić na rynek – jako realna i zrównoważona alternatywa dla fotowoltaiki krzemowej – w przeciągu najbliższych pięciu lat.
„Opracowanie ogniw perowskitowych to okazja, by poprawić jeszcze poziom zrównoważenia tego i tak przyjaznego środowisku przemysłu. Dlatego właśnie projekty takie jak PERTPV są tak istotne”, podsumowuje Snaith.