Naukowcy z University of Sydney osiągnęli nowy globalny rekord wydajności potrójnych ogniw perowskitowych – 27,06% dla ogniwa o powierzchni 1 cm² i 23,3% dla dużego modułu. To milowy krok w kierunku komercyjnych, trwałych ogniw nowej generacji, które mogą zrewolucjonizować produkcję energii słonecznej.
Australijscy naukowcy dokonali znaczącego przełomu w technologii fotowoltaicznej, przybliżając potrójne ogniwa perowskitowe do zastosowań komercyjnych na dachach. Zespół badawczy, któremu przewodzi profesor Anita Ho-Baillie z University of Sydney, ogłosił poprawę zarówno wydajności, jak i trwałości ogniw nowej generacji. Wyniki badań, opublikowane w czasopiśmie Nature Nanotechnology, stanowią kluczowy krok w pokonywaniu barier związanych ze skalowaniem tej nowatorskiej technologii perowskitowo-krzemowej.
Ogniwa te wykorzystują architekturę potrójnego złącza (triple-junction), która łączy dwie warstwy perowskitu – niedrogiego materiału krystalicznego – z jedną warstwą krzemu. Taka konstrukcja ma na celu maksymalizację konwersji energii słonecznej poprzez absorpcję szerszego spektrum światła. W trakcie badań naukowcy stworzyli ogniwo o powierzchni 16 cm², uzyskując niezależnie certyfikowaną, stałą sprawność konwersji energii na poziomie 23,3 procent, co jest najwyższym dotychczas odnotowanym wynikiem dla urządzenia o tej skali. W mniejszej skali, ogniwo o powierzchni 1 cm² osiągnęło sprawność 27,06 procent. Profesor Ho-Baillie wskazała, że te przełomy osiągnięto dzięki przeprojektowaniu struktury ogniw oraz zmianom w użytej chemii.
Jak naukowcom udało się zwiększyć wydajność i stabilność potrójnych ogniw perowskitowych
Krytycznym wyzwaniem, które do tej pory ograniczało komercjalizację, była stabilność materiałów perowskitowych poddawanych długotrwałemu stresowi środowiskowemu. Zespół profesora Ho-Baillie poprawił odporność ogniw, wprowadzając modyfikacje w składzie chemicznym. Badacze zastąpili mniej stabilny materiał – metyloamoniowy, powszechnie używany w perowskitach o wysokiej sprawności – rubidem, co przyczyniło się do stworzenia sieci krystalicznej mniej podatnej na defekty i degradację. Dodatkowo, w nowej obróbce powierzchni zastąpiono mniej stabilny fluorek litu dichlorkiem piperazyniowym. Zmiany te umożliwiły utrzymanie wysokiej wydajności w dłuższym czasie, nawet pod obciążeniem.
Najmniejsze ogniwo (1 cm²) pomyślnie przeszło rygorystyczny test cykli termicznych (Thermal Cycling test) Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC). Test ten naraża urządzenia na 200 cykli ekstremalnych zmian temperatur, w zakresie od -40 do 85 stopni Celsjusza. Ponadto, ogniwo zachowało 95 procent swojej sprawności po ponad 400 godzinach ciągłej pracy w warunkach świetlnych. Osiągnięcia te dają badaczom pewność, że możliwa jest produkcja stabilnych urządzeń perowskitowych o dużej powierzchni, co jest niezbędne do skalowania technologii.
Od laboratoriów do dachów – perowskity przybliżają erę taniej, zrównoważonej energii słonecznej
Choć nowa technologia nie jest jeszcze gotowa do zastosowania komercyjnego, jej rozwój wskazuje, że perowskity mogą już teraz pomóc w przekraczaniu dotychczasowych granic wydajności osiąganych przez sam krzem. Te postępy przybliżają nas do tańszych i bardziej zrównoważonych źródeł energii słonecznej, co stanowi istotny element wspierający przyszłość niskoemisyjną. Kontekst rynkowy, zwłaszcza w Australii, gdzie powstały badania, podkreśla potrzebę dalszego rozwoju: dachowe panele słoneczne stały się tam największym źródłem wytwarzania energii, instalowanym na ponad czterech milionach dachów. Dalsze udoskonalanie technologii, takiej jak potrójne ogniwa perowskitowe, jest kluczowe dla zwiększenia globalnej efektywności solarnej. Badania te były prowadzone we współpracy z partnerami z Chin, Niemiec i Słowenii, z udziałem finansowania m.in. z Australian Renewable Energy Agency (ARENA) oraz Australian Research Council.
Czytaj też:
Zielone inwestycje CEFC w Australii. Postępy i wyzwania na drodze do neutralności węglowej
Fotografia: University of Sydney, Professor Anita Ho-Baillie i zespół