Perowskit to rewolucja w fotowoltaice: tańsze wytwarzanie prądu z energii słonecznej

Porównanie do grafenu jest jak najbardziej uzasadnione. Bo Polacy nie tyle go wynaleźli, ale opracowali odpowiednią metodę pozwalającą na lepsze jego wykorzystanie. Podobnie sytuacja ma się do metody opracowanej przez Polkę dotyczącą ogniw perowskitowych, która, jeśli zostanie wdrożona i wyjdzie poza mury laboratorium, istotnie wpłynie na nasze życie. Fotowoltaika, czyli przetwarzanie światło słonecznego na energię elektryczną, czeka na metodę, która w optymalny sposób wykorzysta minerały perowskitu umożliwiającą w tańszy sposób niż obecnie uzyskiwać prąd z energii słonecznej. Do tej pory żadna z nich nie została wprowadzona na masową skalę. Stworzenie pierwszego ogniwa słonecznego z użyciem perowskitów zostało ogłoszone w 2009 roku, ale ze względu na dość niską wydajność (około 3 proc.) przez następne trzy lata nikt prawie się tym nie zajmował.

Dopiero w 2012 roku, kiedy płynny elektrolit zastąpiono stałym przewodzącym polimerem, wybuchła prawdziwa euforia w naukowym środowisku zajmującym się odnawialnymi źródłami energii. W 2013 roku prof. Michael Grätzel zaprezentował ogniwo perowskitowe, którego sprawność sięgała 14 proc. wydajności. Rok później certyfikowana sprawność tych ogniw wynosiła już 18 proc. Najtańszą, a zarazem najciekawszą metodę, pod względem możliwości nałożenia minerału, opracowała Olga Malinkiewicz, nagrodzona w konkursie Photonics21.

Perowskit jest minerałem występującym w przyrodzie, ale można go równie dobrze wyprodukować. W ogniwach słonecznych miałby on zastąpić popularny do tej pory krzem, który w ostatecznym rezultacie ma być droższy, niż perowskit. Na tą chwilę sporą przeszkodą jest to, że materiał nie jest wystarczająco trwały. A pisząc dokładniej: rozpada się pod wpływem wilgoci. Gdyby udało się pokonać tą trudność perowskitem mógłby zainteresować się duży kapitał - Perowskit uda się skomercjalizować dopiero wtedy, gdy przejdzie testy stabilności. W tej formie w jakiej jest stosowany obecnie nie gwarantuje wystarczającego czasu życia ogniw – mówi Olga Malinkiewicz.

Technologię perowskitową już stara się wdrożyć do użytku np. Henry Snaith z Oxford Photovoltaics, którego metoda pozwala na nałożenie perowskitu na szkło. Co prawda nie ma jeszcze gotowego produktu, jednak gdyby udało się wydłużyć czas życia tych ogniw, na pewno znacznie przyspieszyłoby to ich komercjalizację.

To, co najciekawsze w opracowanej przez Polkę metodzie, to to, że perowskit będzie można nanieść na dowolną powierzchnię. Może to być plastik lub papier, jednocześnie zachowując wysoką wydajność ogniwa. Nie jest możliwe, by na materiały elastyczne nanieść krzem. Jeśli udałoby się, by materiał z perowskitami był wystarczająco trwały, to to, na co zostanie nałożone ogniwo, będzie zależało już od wyobraźni osób, które zajmą się masową produkcją. Mogłyby to być m.in. domy, karoserie samochodów, okna wieżowców czy nawet odzież. Przy grubości warstwy wynoszącej zaledwie 200-300 nm. Prostota metody Polki wynika z tego, że przy produkcji ogniw, nie jest konieczne użycie wysokiej temperatury jak w przypadku krzemu (około 1000 stopni Celsjusza), a w wypadku tekstyliów czy plastiku, wystarcza temperatura pokojowa.

Sporym postępem do wdrożenia na szerszą skalę ogniw perowskitowych jest grafen. Jak zauważa Olga Malinkiewcz obniżyłoby to w dużej mierze cenę ognisk perowskitowych. - W tej chwili jedną z najdroższych składowych ogniwa perowskitowego jest TCO (Transparent Conductive Oxide). Gdyby udało się zastąpić TCO grafenem, byłby to duży krok w stronę komercjalizacji, nie tylko ogniw perowskitowych, ale i całej optoelektroniki – dodaje Olga Malinkiewicz.

Autor: Przemysław Porzybut