19 06

Ogniwa słoneczne wykonane z materiałów perowskitowych niewiele ustępują uznanym ogniwom krzemowym. W laboratoriach osiągnięto już sprawności przekraczające 24 procent, a najlepsze ogniwa krzemowe mają 27,6 procent. Ale zanim ogniwa perowskitowe, które są potencjalnie tańsze w produkcji, trafią na rynek, należy udowodnić ich gotowość do użycia i długowieczność.

Dlatego naukowcy ze Szwajcarii opracowali nową metodę testowania perowskitowych ogniw słonecznych w realistycznych warunkach. Ponadto japońscy naukowcy wyposażyli perowskitowe ogniwa słoneczne w tworzywo sztuczne, które można wykorzystać do zminimalizowania narażenia się na działanie metali ciężkich, takich jak ołów z rozbitych ogniw słonecznych. Obie prace ukazały się w najnowszym wydaniu czasopisma „Nature Energy”.

„Charakteryzujemy wpływ temperatury i natężenia światła na wydajność” – mówi Wolfgang Tress, badacz perowskitu w École Polytechnique Fédérale de Lausanne. Wraz z kolegami założył stanowisko testowe, za pomocą którego można było określić w laboratorium bieżącą wydajność ogniw słonecznych w zależności od pogody i wahań promieniowania słonecznego.

Jak dotąd w laboratoriach powszechne były próbne testy ze znormalizowanym promieniowaniem słonecznym i stałą temperaturą. Jednak pomiary te dostarczają jedynie ograniczoną ilość przydatnych informacji na temat zachowania się ogniw słonecznych w zestawie słonecznym na świeżym powietrzu.
Tress i jego współpracownicy wykorzystali dane pogodowe zarejestrowane w Lozannie w ciągu roku. Na podstawie 24 zestawów danych, po jednym w miesiącu, zróżnicowali temperaturę i natężenie promieniowania. Na podstawie tych tych codziennych cykli byli w stanie określić bardziej realistyczne wydajności prądowe perowskitowych ogniw słonecznych niż za pomocą standardowej metody testowej, która była do tej pory zwyczajowa. W tych testowych badaniach te ogniwa słoneczne osiągnęły średnią wydajność 17,7 procent, nieco mniej niż wartość laboratoryjna wynosząca 19,5 procent w standardowych warunkach.

Ogniwa słoneczne wykazały największą wydajność w symulowanych godzinach porannych. Zmniejszyło się to nieco w ciągu dnia, co naukowcy uzasadniali krótkotrwałymi i odwracalnymi zmianami, tzw. degradacją zachodzącą w ogniwie słonecznym. Z drugiej strony ogniwa słoneczne były mało przekonujące ze względu na stosunkowo wydajne perowskitowe ogniwa prądu i niskie natężenie promieniowania, co często ma miejsce w Europie Środkowej i regionach dalej na północ. Kiedy temperatura się wahała, naukowcy nie byli w stanie zidentyfikować wyraźnego trendu. Na podstawie takich pomiarów można by lepiej zaplanować w przyszłości parki słoneczne w celu dostosowania liczby perowskitowych ogniw słonecznych do spodziewanego uzysku energii elektrycznej.

Należy nadmienić, że ewentualne zanieczyszczenie środowiska ołowiem ma również duże znaczenie dla praktycznego zastosowania perowskitowych ogniw słonecznych, ponieważ większość używanych obecnie perowskitów zawiera ten ciężki metal.

Ale Yabing Qi i jego koledzy z Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) znaleźli rozwiązanie. Wyposażyli perowskitowe ogniwa słoneczne w cienką warstwę żywicy epoksydowej. Jeśli ogniwo by pękło, na przykład podczas burz lub gradobicia, żywica epoksydowa wychwyci substancje zawierające ołów. To skutecznie zapobiegałoby wymywaniu toksycznego ołowiu przez deszcz. Oprócz takich zabezpieczających kapsułek naukowcy pracują również nad nowymi recepturami perowskitu.
Obecne wysoce wydajne komórki zawierają toksyczny ołów, ale naukowcy w tym przypadku opracowują alternatywne materiały bezołowiowe.