Perovskitové solárne články sú sľubnou technológiou pre energiu budúcnosti. Mohli by nahradiť tradičné solárne články na báze kremíka. Fotovoltaika by vďaka ním mohla byť lacnejšia, výkonnejšia, flexibilnejšia a ekologicky šetrnejšia. Medzinárodnému tímu vedcov z Univerzity v Linköpingu a z Ústavu makromolekulárnej chémie AV ČR sa podarilo zvýšiť životnosť a účinnosť fotovoltaických článkov na báze perovskitov. Výsledky novej štúdie zverejnil prestížny vedecký časopis Science.
Na zdokonalení solárnych článkov na základe perovskitu (zlúčenina oxidu titaničito-vápenatého v kryštalickej forme) intenzívne pracujú vedci po celom svete viac ako desať rokov. Chcú docieliť čo najúčinnejšiu premenu slnečnej energie na energiu elektrickú. Odborníkom zo švédskej Univerzity v Linköpingu sa podarilo vyvinúť novú vrstvu perovskitového solárneho článku, v ktorej prebieha premena slnečného žiarenia na elektrón. Do jednej z vrstiev článku pridali aditívum, čím uľahčili rozsah prenosu náboja. Zvýšili tak efektivitu a účinnosť daného článku.
Vedci z Ústavu makromolekulárnej chémie AV ČR (ÚMCH) následne skúmali vlastnosti danej vrstvy s pridaným aditívom na molekulárnej úrovni. Popísali mechanizmus zvýšenia účinnosti transportu náboja a životnosti solárneho článku. Ako vysvetlil Jiří Brus, vedúci oddelenia NMR spektroskopie Ústavu makromolekulárnej chémie AV ČR: „Jednotlivé zložky vrstvy pripravené kolegami zo Švédska sa k sebe pod vplyvom elektrostatických Coulomboských interakcií veľmi dobre priblížia, dôjde medzi nimi k prenosu elektrónov a zvýši sa tak účinnosť daného procesu.“
Jednoduchšiu výmenu a prenos elektrónu vedci objasnili pomocou metód nukleárnej megnatickej rezonancie (NMR) spektroskopie, ktorá sa zameriava na zákonitosti a vzťahy medzi dynamikou molekúl, štruktúrou hmoty, jej makroskopickými a úžitkovými mechanickými či fyzikálnymi vlastnosťami.
Prínosom nového aditíva je okrem zvýšenia efektivity solárneho článku aj menšia environmentálna záťaž v porovnaní s tradičnými aditívami. Ako doplnil Libor Kobera z Oddelenia NMR spektroskopia ÚMCH: „Použitý typ je vysoko účinný, a pri relatívne nízkej koncentrácii umožňuje generovanie značného množstva radikálov. Vďaka tomu, že obmedzuje aj rozsah vedľajších reakcií, zvyšuje životnosť solárnych článkov.“
Priorita vedy
S novým aditívom sa zlepšila aj stabilita materiálu, ktorý nie je citlivý na vodu. Na rozdiel od tradičných kremíkových solárnych panelov môžu byť tie perovskitové flexibilnejšie, dobre tvarovateľné napríklad do podoby škridiel na strechách, a tiež lacnejšie s výrazne nižšou záťažou pre životné prostredie. Ako dodal Libor Kobera: „Objav má veľký potenciál, dá sa predpokladať, že sa v dohľadnej dobe budú perovskitové solárne články s vysokou účinnosťou vyrábať vo väčšej miere.“
Zloženie jednotlivých vrstiev solárneho článku. Zdroj: https://www.avcr.cz
Vedci sa na rozvoj solárnych článkov na báze perovskitu sústredili od roku 2000. Posledných dvanásť rokov prebieha intenzívny a rozsiahly výskum. V roku 2009 bola ich účinnosť okolo 3 %, o osem rokov neskôr už 22 %. S novým aditívom to bude o ďalšie 3-5 % viac, čím sa priblíži k účinnosti kremíkových článkov, ktorá je v súčasnosti 29 %.
Výskum a vývoj organických solárnych článkov reaguje na aktuálne spoločenské výzvy, ako sú energetická sebestačnosť či zníženie závislosti na fosílnych zdrojoch. Ako pripomenul Jiří Brus: „Ide o prioritu nielen modernej vedy, ale téma rezonuje celou spoločnosťou. Patrí tiež medzi priority agendy českého predsedníctva EÚ.“
Vedci z ÚMCH spolupracujú s kolegami z Univerzity v Linköpingu od roku 2019. Výsledky výskumu tímu, ktorý vedie profesor Feng Gao, zverejnili aj vedecké časopisy Nature Communications, Nature Energy či Joule.
Viac informácií:
Vědci objasnili, jak zvýšit životnost a účinnost solárnich článků s perovskity
Zdroj: https://www.avcr.cz, zverejnené: 11. 8. 2022, autor: rpa
