Rośnie wydajność perowskitów w fotowoltaice

Szwajcarzy i Niemcy ści­ga­ją się, jeśli cho­dzi o wydaj­ność perowskitowo-​krzemowych ogniw sło­necz­nych. Wynik zbli­ża się do 30 proc. Nadal są to tyl­ko pra­ce badaw­cze. Kiedy będzie moż­na poznać cenę ogniw z perow­ski­tów i je kupić – o to już sta­ra się pol­ska spół­ka Saule Technologies.

Szwajcarski publicz­ny uni­wer­sy­tet badaw­czy École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) zgło­sił wydaj­ność 29,2 proc. dla ogni­wa sło­necz­ne­go zbu­do­wa­ne­go z perow­ski­tu i krze­mu. Co waż­ne, ogni­wo ma w peł­ni tek­stu­ro­wa­ną powierzch­nię, któ­ra przy­po­mi­na dostęp­ne na ryn­ku pane­le foto­wol­ta­icz­ne z krze­mu. W ten spo­sób panel przyj­mu­je wię­cej świa­tła sło­necz­ne­go. Wydajność perow­ski­tów w ogni­wie EPFL potwier­dził nie­miec­ki Instytut Fraunhofera ds. Systemów Energii Słonecznej – Fraunhofer ISE. 

Ograniczona wydajność paneli fotowoltaicznych 

Ogniwa sło­necz­ne wyko­na­ne z krze­mu są sze­ro­ko sto­so­wa­ne, ale mają ogra­ni­czo­ną wydaj­ność kon­wer­sji ener­gii. Światło powo­du­je uwal­nia­nie elek­tro­nów z ato­mów krze­mu i w ten spo­sób w ogni­wach sło­necz­nych z elek­tro­da­mi efekt foto­wol­ta­icz­ny wytwa­rza prąd. Teraz popu­lar­ne pane­le foto­wol­ta­icz­ne mają wydaj­ność 19–21 proc. W prze­wi­dy­wal­nej przy­szło­ści uzy­ski te wynio­są praw­do­po­dob­nie nie wię­cej niż 27 proc. z powo­du ogra­ni­czeń termodynamicznych. 

Ograniczenia te moż­na jed­nak prze­zwy­cię­żyć, łącząc krzem z uzu­peł­nia­ją­cym ogni­wem sło­necz­nym, któ­re pochła­nia niebiesko-​zieloną część wid­ma sło­necz­ne­go i wyko­rzy­stu­je je bar­dziej efek­tyw­nie, two­rząc tak zwa­ny „tan­dem”. Wśród róż­nych mate­ria­łów w tan­de­mie perow­ski­ty spraw­dzi­ły się naj­le­piej. Udało się rów­no­mier­ne pokryć powierzch­nię krze­mu, któ­ra jest celo­wo szorst­ka czy­li tek­stu­ro­wa­na, cien­ką war­stwą perow­ski­tów halo­gen­ko­wych. Szwajcarzy czte­ry lata temu uzy­ska­li wydaj­ność tan­de­mo­wych pane­li na pozio­mie 25,2 proc. Podobnym wyni­kiem może pochwa­lić się pol­ska spół­ka Saule Technologies, ale tu cho­dzi o czy­sto perow­ski­to­we ogni­wa. W ubie­głym roku fir­ma ogło­si­ła, że jej ogni­wa perow­ski­to­we pra­cu­ją z wydaj­no­ścią 25,5 proc.

Teraz EPFL udo­sko­na­lił jed­nak pro­ces kry­sta­li­za­cji perow­ski­tu i opra­co­wał wyso­ce prze­zro­czy­ste war­stwy. W wyni­ku tego tan­de­mo­we ogni­wa sło­necz­ne mają wydaj­no­ści 29,2 proc. na powierzch­ni 1 cm². 

Czytaj tak­że: Perowskity się przy­da­ły. Jest pierw­sza instalacja

Warto wie­dzieć, że w listo­pa­dzie ubie­głe­go roku nie­miec­ki Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) osią­gnął wydaj­ność tan­de­mo­we­go ogni­wa sło­necz­ne­go z perow­ski­tu i krze­mu na pozio­mie 29,8 proc. Zastosowano tu jed­nak inne roz­wią­za­nie: jed­nej stro­ny nano­tek­stu­ro­wą powierzch­nię, z dru­giej – die­lek­trycz­ny odbłyśnik.

Dlaczego perowskity nie są jeszcze dostępne na rynku?

Osiągnięcie wydaj­no­ści powy­żej 30 proc. ma być już kwe­stią cza­su. Problem z perow­ski­ta­mi jest inny – ska­lo­wa­nie produkcji. 

Wciąż potrze­ba kil­ku lat badań i roz­wo­ju, aby wpro­wa­dzić taką tech­no­lo­gię i pro­ce­sy pro­duk­cyj­ne na rynek. Dużym wyzwa­niem będzie opra­co­wa­nie ogniw sło­necz­nych, któ­re mogą pozo­stać sta­bil­ne na naszych dachach przez ponad 25 lat. Ale wyż­sza wydaj­ność, któ­rą wyka­za­li­śmy, bez zmia­ny tek­stu­ry fron­tu, będzie bar­dzo atrak­cyj­na dla prze­my­słu fotowoltaicznego. 

Christophe Ballif, szef Laboratorium Fotowoltaiki i Elektroniki Cienkowarstwowej EPFL (PV-​lab).

Zastosowanie perow­ski­tów do pro­duk­cji ener­gii sło­necz­nej daje nadzie­je na uzy­ska­nie więk­szej ilo­ści ener­gii z pane­lu. Perowskity to mate­ria­ły hybry­do­we wyko­na­ne z halo­gen­ków meta­li i związ­ków orga­nicz­nych. Przyciągnęły duże zain­te­re­so­wa­nie ze wzglę­du na zdol­ność do zbie­ra­nia świa­tła i niskie kosz­ty pro­duk­cji. Perowskity wyka­zu­ją rów­nież ogrom­ny poten­cjał w innych zasto­so­wa­niach, któ­re obej­mu­ją świa­tła LED, lase­ry i fotodetektory.

Jedną z prze­szkód na dro­dze do komer­cja­li­za­cji perow­ski­to­wych ogniw sło­necz­nych jest to, że ich ska­lo­wa­nie skut­ku­je utra­tą wydaj­no­ści kon­wer­sji ener­gii i sta­bil­no­ści ope­ra­cyj­nej. Wynika to z natu­ral­nych defek­tów w struk­tu­rze mole­ku­lar­nej perow­ski­tu, co zakłó­ca prze­pływ elek­tro­nów i pro­wa­dzi do stra­ty mocy spo­wo­do­wa­nej opo­rem. Ponadto pro­ce­sy wyma­ga­ne do uzy­ska­nia wyso­kiej jako­ści folii perow­ski­to­wych o dużej powierzch­ni są dość złożone. 

Mimo to Saule Technologies już uru­cho­mi­ło linię pro­duk­cyj­ną we Wrocławiu i teraz spół­ka pra­cu­je nad komer­cja­li­za­cją swo­ich pro­duk­tów. W pierw­szej kolej­no­ści tra­fią praw­do­po­dob­nie do zasto­so­wa­nia w budow­nic­twie i sek­to­rze Internetu Rzeczy (IoT).

Nasza pierw­sza fabry­ka już dziś dru­ku­je urzą­dze­nia perow­ski­to­we odpo­wied­nie dla sek­to­ra IoT. Po pomyśl­nym roz­po­czę­ciu eta­pu komer­cja­li­za­cji jeste­śmy goto­wi, by zwięk­szyć ska­lę naszej dzia­łal­no­ści. Nadszedł czas na budo­wę nowych fabryk o znacz­nie wyż­szych zdol­no­ściach pro­duk­cyj­nych na całym świecie

Olga Malinkiewicz, współ­za­ło­ży­ciel­ka Saule Technologies.

W mar­cu Saule, Columbus Energy i Somfy (jeden z lide­rów ryn­ku auto­ma­ty­ki miesz­ka­nio­wej i budyn­ko­wej oraz sys­te­mów smart home) pod­pi­sa­ły umo­wę o współ­pra­cy nad komer­cja­li­za­cją i roz­wo­jem ogniw perowskitowych.