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.

Artykuł Rośnie wydajność perowskitów w fotowoltaice pochodzi z serwisu EcoReporters.