Z czego zrobić ultra cienkie panele słoneczne?

Opublikowano: 15.12.2019 08:04

Perowskit. Ta tajemnicza nazwa nie przewodzi na myśl jakiegokolwiek skojarzenia. A to właśnie ten materiał jest sprawcą niemałego zamieszania wśród inżynierów materiałowych. Stanowi on tanią alternatywę dla krzemu przy budowie ogniw fotowoltaicznych.

Jest nie tylko łatwiejszy w otrzymywaniu niż popularny półprzewodnik, ale również można w prosty sposób drukować z niego niezwykle cienkie panele w oparciu o metodę inkjet printing. Co więcej, pionierami w technologii wytwarzania perowskitowych ogniw słonecznych są polscy uczeni.

Czym właściwie jest perowskit? Pierwotnie tym mianem określano jedynie minerał składający się z tytanianu wapnia (czyli CaTiO₃). Z czasem termin rozszerzył się na całą gromadę minerałów. W tej chwili nazwa perowskity skrywa stale powiększającą się grupę syntetycznych materiałów krystalicznych o strukturze identycznej jak w występującym naturalnie tytanianie wapnia. Najmniejszym powtarzającym się elementem tej struktury jest sześcian, w centrum którego znajduje się kation tytanu, wierzchołki zajmują kationy wapnia, natomiast aniony tlenkowe zlokalizowane są na środku każdej ze ścian. Wspomniane wyżej pierwiastki można zastępować innymi atomami, a nawet całymi związkami organicznymi i nieorganicznymi [1]. Z tego właśnie powodu gama perowskitów jest niezwykle szeroka. W zależności od składu, wykazują one również szerokie spektrum właściwości dielektrycznych oraz tak egzotycznych własności jak gigantyczny magnetopór i nadprzewodnictwo.

Istnieją również perowskity, które są półprzewodnikami i doskonale pochłaniają światło, znacznie lepiej niż krzem. Przykładem mogą być związki o skomplikowanym wzorze CH₃NH₃PbX₃, czyli halogenki metyloamoniowo-ołowiowe, w których aniony są słabo związane i mogą przemieszczać się w strukturze [2]. Te dwie cechy, w połączeniu z niskimi kosztami i prostotą syntezy z ogólnodostępnych substancji, czynią perowskity doskonałymi kandydatami na tworzywo do produkcji ogniw fotowoltaicznych [3]. Dzięki temu cieszą się niegasnącym zainteresowaniem naukowców, doskonalących technologie jego wykorzystania.

Na szczególne uznanie zasługuje metoda opracowana przez grupę polskich naukowców z firmy Saule Technologies z dr Olgą Malinkiewicz na czele. W uproszczeniu polega ona na sporządzeniu specjalnego roztworu, z którego następnie na elastycznym podkładzie jest osadzana powłoka. Dzięki temu krystalizacja perowskitu zachodzi bezpośrednio na podłożu. Cały proces przypomina drukowanie atramentowe (ang. inkjet printing) [4]. Ta technologia umożliwia produkcję niezwykle cienkich, elastycznych i transparentnych ogniw fotowoltaicznych. Takie ogniwa mogą być następnie naklejone na przedmioty codziennego użytku np. smartfony, czy ubrania. Ale to nie wszystko. Koncern budowlany Skanska rozpoczął w 2018 roku testowanie perowskitowych paneli słonecznych na fasadzie jednego z warszawskich biurowców. Jest to związane z inicjatywą BIPV (ang. building integrated photovoltaics). Docelowo takie ogniwa mają pokrywać całe budynki, zapewniając ich samowystarczalność energetyczną [5].

Dzięki stałemu odkrywaniu coraz większej ilości nowych zastosowań dla perowskitu, materiał ten ma potencjał by stać się porównywalnie znanym i rozpowszechnionym do stali czy betonu. Aktualnie prowadzone są prace nad ich wykorzystaniem przy budowie różnego rodzaju czujników, komórek paliwowych, laserów, czy nośników pamięci oraz możliwych zastosowań w dziedzinach takich jak optoelektronika i spintronika [6].

Bibliografia

Photo credit: University of Oxford Press Office https://flickr.com/photos/80628204@N05/13893069777