Lacnejšia elektrina? MIT zdokonalil perovskitové solárne články

Perovskit (CaTiO₃, oxid vápenato-titaničitý) sa presadzuje ako alternatíva v solárnych článkoch, ale to neznamená, že aktuálne nahrádza kremík.

Hoci môže potenciálne priniesť vyššiu účinnosť konverzie slnečného svetla na elektrinu, má aj nevýhody. Tou podstatnou je mnohonásobne rýchlejšia degradácia článkov oproti kremíkovým. 

Tím inžinierov pod vedením MIT odhalil „príručku“, ako vyladiť povrchové vlastnosti perovskitov, ktoré môžu vo fotovoltike nahradiť kremík. Perovskitové solárne články sú už pár rokov témou výskumu v sektore obnoviteľnej energie. Ich potenciál predefinovať oblasť solárnej energetiky je obrovský vďaka vysokej účinnosti, nízkych výrobných nákladov a schopnosti aplikácie na rôzne substráty, od skla po flexibilné materiály.

Perovskitové články však narazili na problém s trvanlivosťou a zachovaním účinnosti, pokiaľ sa zväčšili z laboratórnych vzoriek na komerčná veľkosť. Medzinárodný tím výskumníkov pod vedením MIT teraz v časopise Nature Energy publikoval inovatívnu prácu, ktorá rieši dve hlavné prekážky, ktoré trápia perovskitové solárne články: nižšiu životnosť a udržanie vysokej účinnosti pri väčších moduloch.

Kým tradičné kremíkové články dokážu spoľahlivo fungovať viac ako dve desaťročia, perovskity majú tendenciu degradovať už po niekoľkých mesiacoch, prípadne niekoľkých rokoch prevádzky. Okrem toho sa ukázalo, že vysokú účinnosti dosiahnutú v malých laboratórnych vzorkách je problematické dosiahnuť pri článkoch komerčnej veľkosti.

Dokument MIT v podstate odhaľuje postupy, ako vyladiť povrchy perovskitov, kde je veľa defektov, aby sa zabezpečilo, že sa na nich nestráca energia.

Výskum pod vedením MIT sa zameriava na zložitú nanotechnológiu s cieľom optimalizovať  účinnosť perovskitových solárnych článkov a predĺžiť ich prevádzkovú životnosť. Kľúčovým prvkom je takzvaná „pasivácia“, zameraná na stabilizáciu povrchu a rozhraní materiálu. Pasivácia znižuje degradáciu buniek a zabezpečuje, že si zachovajú svoju účinnosť po dlhšiu dobu.

Výskum ukazuje ako zlepšiť trvanlivosť a účinnosť perovskitových solárnych článkov, ale zároveň odhaľuje základné mechanizmy vedúce k ich degradácii. Pomôže pri vývoji perovskitových buniek, ktoré môžu konkurovať a potenciálne aj prekonať výkon tradičných solárnych článkov na báze kremíka z hľadiska účinnosti, nákladov a flexibility aplikácie.

Podľa profesora Vladimira Buloviča z MIT sme na prahu prvých praktických demonštrácií perovskitov v komerčných aplikáciách fotovoltiky, pričom v budúcnosti dosiahnu perovskitové FV články ešte podstatne lepšie parametre a prispejú tak k ďalšiemu rozšíreniu solárnej energetiky.

Optimálne výsledky sa dajú dosiahnuť kombináciou kremíka a perovskitu v solárnych článkoch, pretože oba tieto materiály absorbujú rôzne vlnové dĺžky svetla. Kremík vyniká v červenom a infračervenom svetle, kým perovskit je najefektívnejší v zelenej a modrej časti spektra.