Nowy standard paneli słonecznych. Światło uderza w nie z obu stron, aby zapewniać czysty prąd

W przeciwieństwie do klasycznych paneli, które czerpią energię tylko z jednej strony, zastosowanie w panelach ogniw bifacjalnych z perowskitu (Bi-PSCs) sprawia, że te pochłaniają światło zarówno z przodu, jak i z tyłu. Teoretycznie zwiększa to uzysk energetyczny, ale w praktyce wiele prototypów tego typu zawodzi, a bierze się to z powodu słabej jakości kryształów i zbyt cienkich warstw absorpcyjnych. Właśnie tutaj pojawia się właśnie wspomniane nowatorskie rozwiązanie zespołu badawczego, bo kluczem do sukcesu okazała się nowa, grubsza i bardziej jednorodna warstwa perowskitu.

Przełom w mikrostrukturze ogniw fotowoltaicznych, czyli precyzyjnie zaprojektowana warstwa perowskitowa

Naukowcy odkryli, że nowa, grubsza i bardziej jednorodna warstwa perowskitu rozwiązuje typowe problemy tych ogniw słonecznych. Udało się ją uzyskać dzięki dodatkowi innowacyjnego związku chemicznego (EGTHCl), który to pozwolił badaczom zapanować nad trudnym procesem krystalizacji i to nawet przy wysokich stężeniach roztworu prekursorowego. EGTHCl działa w tym przypadku jak dyrygent orkiestry, bo precyzyjnie reguluje nukleację i wzrost kryształów, tworząc tym samym gęstą, pozbawioną defektów warstwę. Efekt? Foton przebywa dłuższą drogę w materiale, absorpcja rośnie, a sprawność sięga imponujących 23,4%. Jednocześnie straty prądowe maleją do zaledwie 1,67 mA/cm², czyli do poziomu niemal niezauważalnego w porównaniu do wcześniejszych wyników.

Czytaj też: Cienka a rewolucyjna. Niemcy zniszczą nam samochody elektryczne, żeby one nie zniszczyły nas

Połączenie inżynierii cienkowarstwowej z eliminacją defektów przyniosło nie tylko poprawę trwałości. Dzięki tym zmianom badacze ustanowili nowy rekord świata w postaci 23,4-procentowej sprawności konwersji mocy (PCE). Co więcej, ogniwa zachowały ponad 80% swojej początkowej wydajności po 2000 godzin nieprzerwanego naświetlania, co odpowiada około 83 dniom ekspozycji na symulowane światło słoneczne. Dla porównania klasyczne monofacjalne ogniwa perowskitowe osiągają sprawności rzędu 21–22%, a więc nieco niższą, choć ich główną wadą pozostaje to, że z reguły szybciej tracą swoje właściwości. Dlatego właśnie najnowsze osiągnięcie naukowców robi wrażenie i to zwłaszcza w kontekście ogniw bifacjalnych.

Czytaj też: 500 megawatów w gigantycznej turbinie. Chiny rozwijały to 4 lata, a teraz przeszły same siebie

Ogniwa perowskitowe od lat zyskują na popularności dzięki szybkiemu wzrostowi sprawności i niskim kosztom produkcji. Ich monofacjalne konstrukcje przekraczają już 25% PCE, zbliżając się do klasycznych krzemowych paneli, choć samo osiągnięcie takiej wydajności przy zachowaniu trwałości (szczególnie w produkcji masowej) to nadal ogromne wyzwanie. Z kolei same ogniwa bifacjalne wciąż kryją niewykorzystany potencjał. Mogą zbierać światło odbite od śniegu, piasku czy elewacji, ale ich skuteczność ograniczały dotąd straty fotonów przez półprzezroczyste tylne elektrody. Dlatego też nowa metoda, oparta na grubej i pozbawionej defektów warstwie, wydaje się przełomem, ale nadal nie wiemy, jak to będzie ze skalowaniem do produkcji masowej i jak ogniwa sprawdzą się w warunkach rzeczywistych. Jeśli jednak odpowiedzi okażą się pozytywne, może to być milowy krok ku komercjalizacji bifacjalnych perowskitowych ogniw słonecznych, łączących wysoką sprawność z trwałością.