Silicijeve solarne celice so uveljavljena tehnologija za pridobivanje električne energije iz sonca. Vendar se za njihovo proizvodnjo potrebuje veliko energije, so toge in lahko zelo krhke. Na obzorju pa je nova vrsta solarnih celic, ki dosegajo učinkovitost silicijevih celic. Poleg tega jih je mogoče natisniti s posebnimi črnili in zvijati okoli nepravilnih površin.
Tradicionalne silicijeve sončne celice imajo omejenost
Silicijeve solarne celice, ki so nam že znane, imajo pomembno omejitev. Če bi jih izdelali dovolj, da bi zadostili našim potrebam, bi do leta 2050 lahko zmanjkalo materialov za njihovo izdelavo. Potrebujemo torej nekaj novega in to v velikih količinah. Poleg tega so te sončne celice zelo toge in krhke.
Solarne celice iz perovskita prihajajo kot rešitev, da zapolnijo to vrzel. Perovskit je kristalna struktura, sestavljena iz anorganskih in organskih komponent. Poimenovana je po Levu Perovskiju, ruskem strokovnjaku za minerale iz 17. in 18. stoletja.
Prva solarna celica iz perovskita – tiskana in fleksibilna
Razvili so prvo zvijajočo in popolnoma tiskano solarno celico iz perovskita, materiala, ki je veliko cenejši za proizvodnjo kot silicij. Če jim uspe izboljšati tudi njeno učinkovitost, se odpira možnost izdelave cenejših solarnih celic v veliko večjem obsegu kot doslej.
Sončne celice iz perovskita so se prvič pojavile v raziskovalnih laboratorijih leta 2012 in pritegnile pozornost raziskovalcev, zaradi dveh dejavnikov:
- njihove sposobnosti pretvarjanja sončne svetlobe v električno energijo in
- potenciala za njihovo izdelavo iz kombinacije črnil.
Izjemen dosežek učinkovitosti solarnih celic iz perovskita
V raziskovalnih laboratorijih, kjer so uporabili visoko nadzorovane proizvodne metode v okoljih brez kisika in vode, solarne celice iz perovskita zdaj dosegajo generacijo električne energije silicijevih solarnih celic. To je izjemen dosežek.
Solarne celice iz perovskita, ki nadomeščajo silicij, še niso izdelane za komercialne namene. Kaj pa, če bi lahko te materiale proizvedli z enakimi postopki, ki jih uporabljamo za tiskanje običajne embalaže?
Strokovnjaki so nedavno dokazali, da je mogoče zavitek plastične folije naložiti na tiskarski stroj, iz katerega na drugem koncu pridejo delujoče perovskitne sončne celice. Vendar pa to ni tako preprosto, kot bi nalili črnilo v tiskalnik.
Kot prvo so znanstveniki ugotovili, da morajo biti plasti polprevodnika in perovskita v tej novi obliki solarne celice izjemno tanke – med 50 in 500 nanometrov (približno 500-krat tanjše od človeškega lasu), da bi dosegle rekordno učinkovitost.
Poleg tega so črnila, uporabljena za njihovo tiskanje, zahtevala zelo strupena topila. Vendar so po večletnih prizadevanjih sedaj formulirali črnila brez strupenih topil, ki so združljiva s postopkom nanašanja z režami. Gre za uveljavljeno industrijsko tehniko, ki se je prvotno uporabljala za proizvodnjo fotografskega filma.
Kako delujejo solarne celice iz perovskita
Natisnjena perovskitna plast ustvarja proste elektrone iz energije, ki jo zagotavlja svetloba, ki jo zadene. Polprevodnik nato prepreči, da bi perovskit ponovno absorbiral te elektrone z dobro učinkovitostjo pretvorbe moči (razmerje med vhodno optično močjo in izhodno električno močjo).
Ostala je le ena težava: kako izločiti električni naboj. V preteklosti je bilo to doseženo s segrevanjem zlata v vakumu, dokler ni izhlapelo, in lovljenjem pare na perovskitni sončni celici, da bi oblikovali elektrode.
Zdaj so ubrali drugačen pristop in ustvarili karbonsko črnilo, ki je združljivo tako s perovskitnim materialom kot s postopkom nanašanja z režami. Rezultat so velike količine prožnih solarnih celic, ki jih je mogoče zviti in pridejo iz tiskarskega stroja pripravljene za proizvodnjo energije.
Potrebno bo še več izboljšav
Perovskitne solarne celice so pokazale visoko učinkovitost v raziskovalnih laboratorijih. Izkazalo se je, da lahko naredijo preskok v proizvodnji velikih količin, vendar tukaj delo še ni povsem končano.
Trenutno dosežejo te natisnjene celice 10-odstotno učinkovitost pretvorbe energije na ploščo, ki je uporabna in višja kot pri prvih komercialnih silicijevih ploščah. Vendar zaostaja za tipično 17-odstotno učinkovitostjo pretvorbe tradicionalnih sončnih kolektorjev, ki jih uporabljamo danes.
Zdaj vemo, da so na voljo dodatna povečanja z izkoriščanjem zmogljivejše kemije perovskita. Vendar obstaja inženirski izziv, ki ga je treba premagati, da bi lahko komercialno proizvajali perovskitne solarne celice v velikih količinah, ki bi dosegale učinkovitost energije iz silicija.
Potrebne so tudi nadaljnje izboljšave stabilnosti življenjske dobe perovskitnih sončnih celic s kombinacijo kemije, zasnove naprav in drugih strategij, kot so zaščitni premazi in laminirane pregradne folije.
Skratka, raziskave se morajo osredotočiti na pretvorbo tega, kar se dogaja v laboratorijih, v naprave v resničnem svetu. Toda možnost proizvodnje več sto tisoč kvadratnih metrov fleksibilnih perovskitnih sončnih celic je zdaj korak bližje.
Avtor: M.B.
Vir: theconversation.com
