Naukowcy odkryli, że materiały znane od ponad stu lat mogą obniżyć koszty budowy paneli słonecznych. Mowa o perowskitach – grupie nieorganicznych związków chemicznych, soli o ogólnym wzorze ABX3.
A – oznacza zazwyczaj kation metalu z grupy litowców lub berylowców (rzadziej któregoś z metali przejściowych), B – oznacza kation o liczbie koordynacyjnej równej 6 (najczęściej tytan, niob, tantal, mangan), a X – to zazwyczaj anion tlenkowy, czasem halogenkowy lub siarczkowy. Nazwa tej grupy związków pochodzi od minerału perowskitu CaTiO3.
Perowskity stanowią o bazie na nowy typ baterii słonecznych, znacznie tańszy niż panele krzemowe i generujących tyle mocy, ile standardowe używane obecnie ogniwa słoneczne.
Departament Energii USA wyliczył, że wat energii wytworzonej przez typowe panele słoneczne kosztuje około 75 centów. Aby tego typu źródła energii mogły konkurować z paliwami kopalnymi, cena musiałaby spaść do 50 centów za wat. Szwajcarscy naukowcy z Lozanny twierdzą, że panele zbudowane z perowskitów mogą osiągnąć cenę zaledwie 10–20 centów za wat energii.
W przeszłości naukowcy zajmujący się panelami słonecznymi zostali podzieleni na dwa obozy. Jedni skupili się na produkcji tanich, ale stosunkowo nieefektywnych ogniw słonecznych. Drudzy koncentrowali się na stworzeniu bardzo wysokiej wydajności komórek paneli, nawet jeżeli wymagało to kosztownych technik wytwarzania.
Struktura perwoskitu ABX3 (jony: A – żółte, B – czerwone, X – zielone).
Jeden z ekspertów zajmujących się panelami słonecznymi, Martin Green z University of New South Wales w Australii stwierdził, że tak szybki postęp był zaskakujący. Powiedział, że ogniwa słoneczne, które wykorzystujące perowskity “…mogą być wykonane bardzo tanią i prostą metodą, a ich wydajność jest znacząca”.
Perowskity znane są od 1838 roku, ale do tej pory nikt nie pomyślał, by spróbować wykorzystać je w ogniwach słonecznych. Materiał bardzo dobrze absorbuje światło. Podczas gdy konwencjonalne panele krzemowe mają około 180 mikrometrów grubości, nowe ogniwa słoneczne potrzebują mniej niż jednego mikrometra aby uchwycić tę samą ilość światła słonecznego. Pigment w perowskitach jest półprzewodnikiem, który dobrze transportuje ładunki elektrycznego utworzone podczas uderzenia wiązki fotonów.
“Materiał jest tani jak barszcz” stwierdził profesor Michael Grätzel. Jego grupa badawcza wytworzyła perowskitowe ogniwo słoneczne o wydajności 15%, co jest znacznym osiągnięciem. Naukowcy są zdania, że uda im się poprawić wynik do 20–25%. Odpowiada to sprawności osiąganej w warunkach laboratoryjnych przez najlepsze ogniwa krzemowe.
Perowskitowe ogniwa słonecznych mogą być wykonane poprzez wymalowanie barwnikiem arkusza folii szklanej lub metalowej płytki, wraz z kilkoma innymi warstwami materiału, który ułatwia przepływ elektronów w komórce.
Wyzwaniem jest fakt, iż materiał zawiera niewielkie ilości ołowiu, który jest toksyczny. Potrzebne będzie wykonanie testów w celu sprawdzenia ewentualnego negatywnego wpływu na środowisko.
Źródło:
[1] http://www.technologyreview.com/news/517811/a-material-that-could-make-solar-power-dirt-cheap/ | 10.08.2013
[2] Perovskite structure by Marek K. Misztal, Wikimedia Commons, public domain.