Ogniwa i panele perowskitowe to nowatorskie rozwiązanie w dziedzinie fotowoltaiki, które może całkowicie zrewolucjonizować rynek energii słonecznej. Perowskity to materiał półprzewodnikowy o unikalnej strukturze krystalicznej, który charakteryzuje się niezwykle wysoką wydajnością konwersji energii słonecznej w elektryczną. Co więcej, produkcja ogniw perowskitowych jest znacznie tańsza i prostsza niż tradycyjnych ogniw krzemowych. W niniejszym artykule przyjrzymy się bliżej czym są perowskity, jakie są ich główne zalety oraz perspektywy upowszechnienia tej technologii.
Czym są ogniwa perowskitowe?
Ogniwa perowskitowe składają się z cienkiej warstwy materiału o strukturze perowskitu naniesionej na podłoże, np. szkło czy folię metalową. Sam perowskit to minerał, który w fotowoltaice wykorzystuje się w postaci hybryd organiczno-nieorganicznych. Tego typu perowskity łączą zalety półprzewodników organicznych i nieorganicznych, dzięki czemu charakteryzują się wysoką absorpcją światła i szybkim transportem ładunków. W ogniwach perowskitowych warstwa perowskitu pełni funkcję absorbera światła, w którym fotony powodują wytwarzanie par elektron-dziura. Te nośniki ładunku są następnie rozdzielane w strukturze ogniwa i wyprowadzane na zewnątrz obwodu, generując prąd elektryczny.
Jakie są zalety paneli perowskitowych?
Panele fotowoltaiczne wykonane z perowskitów mają szereg zalet w porównaniu do tradycyjnych ogniw krzemowych:
- Znacznie wyższa sprawność - ogniwa perowskitowe osiągają sprawność na poziomie ponad 20%, podczas gdy krzemowe zbliżają się do wartości 15-18%.
- Łatwiejsza i tańsza produkcja - ogniwa perowskitowe można drukować na elastycznych podłożach w niskich temperaturach.
- Możliwość tworzenia ogniw elastycznych i półprzezroczystych.
- Lepsze właściwości optyczne - perowskity silnie absorbują promieniowanie słoneczne.
- Możliwość tworzenia ogniw wielozłączowych - poprzez układanie kilku warstw perowskitu.
Ile kosztują panele fotowoltaiczne perowskitowe?
Ze względu na wczesny etap rozwoju technologii, panele perowskitowe nie są jeszcze dostępne na skalę komercyjną. Niemniej szacuje się, że w niedalekiej przyszłości ich cena może być nawet dwukrotnie niższa od tradycyjnych paneli krzemowych. Wynika to z niższych kosztów surowców oraz uproszczonego procesu produkcyjnego. Dzięki drukowaniu warstw perowskitu koszt wytworzenia 1 Watta mocy paneli perowskitowych może spaść do zaledwie 0,2-0,5 dolara. Dla porównania obecnie dla paneli krzemowych jest to ok. 0,4-0,6 dolara za Watt.
Gdzie kupić tanie ogniwa perowskitowe w Polsce?
Niestety na ten moment panele i ogniwa perowskitowe nie są jeszcze dostępne w sprzedaży w Polsce. Trwają nadal intensywne prace badawcze nad udoskonaleniem tej technologii i opracowywaniem metod masowej produkcji ogniw perowskitowych. Można się jednak spodziewać, że w ciągu kilku najbliższych lat pierwsze komercyjne rozwiązania bazujące na perowskitach trafią również na polski rynek. Wówczas będzie można kupić znacznie tańsze i wydajniejsze panele fotowoltaiczne niż obecnie dostępne ogniwa krzemowe.
Dlaczego perowskity to przełom w fotowoltaice?
Możliwości jakie dają ogniwa perowskitowe mogą zrewolucjonizować rynek fotowoltaiki z kilku powodów:
- Znacząco wyższa wydajność oznacza możliwość uzyskania więcej energii z tej samej powierzchni paneli.
- Niższe koszty produkcji sprawią, że energia słoneczna stanie się jeszcze bardziej opłacalna.
- Elastyczność ogniw perowskitowych pozwoli na zastosowanie ich w nowych obszarach (np. integracja z tkaninami).
- Przezroczystość ogniw umożliwiich montaż na szybach w oknach i fasadach.
Stały postęp badań nad perowskitami pozwala optymistycznie patrzeć w przyszłość i zakładać, że wkrótce mogą one całkowicie zdominować rynek fotowoltaiki, wypierając droższe i mniej wydajne ogniwa krzemowe.
Jaka jest wydajność paneli perowskitowych?
Wydajność paneli fotowoltaicznych określa się za pomocą współczynnika konwersji energii słonecznej w energię elektryczną, czyli sprawności panelu. Obecnie najlepsze ogniwa perowskitowe w laboratoriach osiągają sprawność na poziomie 25,5%. Jest to znaczący postęp wobec sprawności paneli krzemowych która wynosi około 20-22% dla najlepszych komercyjnych ogniw monokrystalicznych.
Moc paneli perowskitowych wyrażana jest tak samo jak w przypadku tradycyjnych modułów fotowoltaicznych - w Wattach szczytowych (Wp). Obecnie dostępne są już pierwsze demonstracyjne panele o mocy sięgającej kilkuset Wattów. Naukowcy pracują nad dalszym zwiększaniem wydajności oraz możliwością produkcji większych modułów o mocy rzędu kilkuset Watów, porównywalnych z komercyjnymi panelami krzemowymi.
Jak działają ogniwa fotowoltaiczne perowskitowe?
Zasada działania ogniw perowskitowych jest podobna jak w przypadku ogniw krzemowych. Gdy światło słoneczne pada na panel, fotony są absorbowane przez warstwę perowskitu, powodując wytwarzanie par elektron-dziura. Aby wytworzyć prąd elektryczny nośniki ładunku muszą zostać rozdzielone i wyprowadzone na zewnątrz obwodu. W tym celu ogniwo perowskitowe składa się z kilku warstw o różnych właściwościach:
- Szkło lub folia jako podłoże
- Warstwa transportująca dziury (HTL)
- Warstwa perowskitu
- Warstwa transportująca elektrony (ETL)
- Elektroda
Warstwy HTL i ETL zapewniają odpowiednio selektywny transport dziur i elektronów do odpowiednich elektrod, dzięki czemu powstaje napięcie elektryczne między obwodem zewnętrznym. Cała konstrukcja ogniwa jest na tyle cienka, że możliwe jest tworzenie elastycznych modułów perowskitowych.
Jaka jest trwałość tanich paneli perowskitowych?
Jedną z głównych barier dla komercyjnego wdrożenia perowskitów jest obecnie stosunkowo niska trwałość tych ogniw. Pod wpływem czynników zewnętrznych, takich jak wilgoć, panele ulegają degradacji i spadkowi sprawności. Jednak dzięki intensywnym badaniom udało się już znacząco poprawić odporność ogniw perowskitowych. Szacuje się, że trwałość komercyjnych paneli perowskitowych może wynosić około 5-10 lat (podobnie jak w przypadku tańszych paneli krzemowych). Dalsze prace badawcze nad kompozycją perowskitów i technologią produkcji ogniw mają na celu wydłużenie ich żywotności do 25-30 lat.
Podsumowanie
Technologia ogniw perowskitowych ma ogromny potencjał, by w niedalekiej przyszłości zdominować rynek fotowoltaiki. Panele perowskitowe charakteryzują się znacznie wyższą sprawnością i niższymi kosztami produkcji w porównaniu do dotychczas stosowanych rozwiązań opartych na krzemie. Ich wdrożenie na skalę masową pozwoli na dalszą redukcję kosztów wytwarzania energii słonecznej, a co za tym idzie - szersze upowszechnienie fotowoltaiki. Nadal jednak konieczny jest dalszy postęp technologiczny w zakresie zwiększenia trwałości i niezawodności paneli perowskitowych. Jeśli prace badawcze zakończą się sukcesem, wkrótce ogniwa perowskitowe mogą całkowicie wyprzeć droższą i mniej wydajną technologię krzemową.
Tagi
Udostępnij artykuł
