Fotowoltaika przeszła długą drogę, zanim osiągnęła znaną nam obecnie postać. Mimo to jej podróż wciąż się nie zakończyła i nic nie wskazuje na to, żeby moment ten miał nastąpić w najbliższym czasie. Istotnym kamieniem milowym dla tej branży mogą być jednak tzw. perowskity. Panele wytwarzane na ich podstawie – zgodnie z przewidywaniami wielu ekspertów – wywołają na rynku istną rewolucję. Czym jest to rozwiązanie, z jakimi korzyściami dla systemów PV się wiąże i skąd w nim tak duży potencjał? Odpowiedzi na te oraz liczne dodatkowe pytania poznasz po lekturze niniejszego wpisu.
Czym są i kto wynalazł perowskity?
Zacznijmy od podstaw – perowskit to minerał, a ściślej rzecz ujmując sól o wzorze chemicznych CaTiO3. Perowskity z kolei są grupą minerałów o wzorze ogólnym ABX3, które swoją nazwę, jako pewna kategoria ciał krystalicznych o zbliżonych do siebie właściwościach, wzięły od swojego najbardziej reprezentatywnego przedstawiciela, czyli właśnie od perowskitu. Cechują się one dość specyficznym układem atomów, mocno zbliżonym do układu charakterystycznego dla tytanianu wapnia.
Minerały te występują naturalnie w przyrodzie, będąc obecne np. w skałach czy magmie, jednak można pozyskać je również w procesie syntezy chemicznej. Po raz pierwszy ze wspomnianym materiałem zetknął się pochodzący z Berlina mineralog Gustav Rose. Do odkrycia doszło w 1839 roku w górach Ural, na terenie Cesarstwa Rosyjskiego, zaś sama nazwa owej soli stanowi uhonorowanie dorobku rosyjskiego mineraloga Lwa Pierowskiego.
Do głównych powodów, dla których uzyskiwane na bazie perowskitów panele PV cieszą się obecnie wzmożonym zainteresowaniem ze strony naukowców, są ponadprzeciętne właściwości tych minerałów w zakresie pochłaniania światła słonecznego. W tej materii są bowiem lepsze nie tylko od powszechnie stosowanego w branży fotowoltaicznej krzemu, ale również od uznawanego za lidera wydajności arsenku galu. O konkretnych korzyściach płynących z wykorzystania tej technologii dowiesz się z dalszej części artykułu.
Olga Malinkiewicz
polska fizyk, współzałożycielka i współwłaścicielka firmy Saule Technologies opracowała tanią metodę wytwarzania ogniw słonecznych z minerału o nazwie perowskit.
Perowskity panele PV – rekordowa sprawność
Skoro udało się wyjaśnić, kto wynalazł perowskity rozumiane jako grupę występujących w przyrodzie lub syntezowanych chemicznie materiałów, skupmy się na przedstawieniu ich w bardziej praktycznym wymiarze, tj. w formie powłoki wykorzystywanej w ramach ogniw fotowoltaicznych. To osiągnięcie należy już do naukowców z Oxford Photovoltaics, Uniwersytetu Oksfordzkiego i powstało w związku z intensywnymi pracami nad rozwijaniem potencjału drzemiącego w dziedzinie pozyskiwania energii ze słońca.
Powłoka perowskitowa od Oxford PV tworzona jest poprzez warstwowe nakładanie perowskitów w połączeniu z krzemem na ogniwa konwencjonalne. Dzięki temu cały proces produkcji finalnych paneli może przebiegać na bazie już istniejących, dotychczas stosowanych procedur, co ostatecznie pozwala uzyskać istotnie wyższą niż wcześniej sprawność, przy zachowaniu zbliżonej skali kosztów. Z jak dużym jednak wzrostem sprawności mamy tu do czynienia?
Jeśli chodzi o występujące w tandemie z krzemem perowskity wydajność uzyskiwanych w oparciu o nie paneli PV przekracza 26%. Zestawiając to z faktem, że dotychczasowy rekord w tej dziedzinie wśród paneli krzemowych wynosi zaledwie 22%, widać, jak imponujący wzrost sprawności udało się tu uzyskać.
Podsumowując zatem kwestie dotyczące samej sprawności oraz kosztów paneli wytwarzanych z wykorzystaniem perowskitów w połączeniu z krzemem, należy jasno zaznaczyć, że mimo istotnego wzrostu wydajności względem konwencjonalnych ogniw, podczas produkcji stosowane są wciąż te same rozwiązania co wcześniej. Dzięki temu proces ów nie musi być w żaden kosztowny sposób modyfikowany.
Kiedy perowskity oraz wytwarzane z ich wykorzystaniem panele pojawią się na rynku?
Mimo świetnych rezultatów w zakresie osiąganej wydajności przez ogniwa słoneczne wykorzystujące perowskity mechanizm działania technologii wciąż jest przedmiotem intensywnych badań naukowców z różnych części świata, mających na celu wydobycie z niej maksymalnego potencjału. Sam wspominany Oxford PV pracuje nad swoim rozwiązaniem już od przeszło 7 lat, dążąc do zmaksymalizowania korzyści zapewnianych przez nową koncepcję wytwarzania ogniw fotowoltaicznych. W prasie branżowej coraz częściej da się usłyszeć wzmianki o możliwości wprowadzenia tego rodzaju paneli na rynek jeszcze w tym roku, choć International Technology Roadmap for Photovoltaics moment rozpoczęcia masowej produkcji tandemowych ogniw szacuje dopiero na rok 2023.
Jak będzie naprawdę, pokaże czas, jednak temat zdecydowanie warto śledzić. Obok bowiem ponadprzeciętnie wysokiej sprawności przy porównywalnych do konwencjonalnych urządzeń kosztach produkcji perowskity oraz wytwarzane z ich wykorzystaniem panele mogą zapewniać również wiele dodatkowych korzyści. Minerały te są lekkie, elastyczne, wytrzymalsze od krzemu, a przy tym mogą być nawet półprzeźroczyste, co potencjalnie stwarza możliwość naniesienia ich nie tle na same dachy, ile na niemal dowolne części budynków.
