Ako udržať stabilný dlhodobý výkon perovskitových solárnych článkov?

V posledných rokoch sa perovskitové materiály rýchlo stávajú obľúbeným kandidátom na solárnu energiu. Jednou z jeho hlavných nevýhod je však to, že sa na priamom slnku ľahko rozkladá. Dobrou správou je, že tím výskumníkov z Kalifornskej univerzity v Los Angeles (UCLA) práve predstavil nový náter pre perovskitové fotovoltaické panely so zlepšenou stabilitou na slnečnom svetle.

Podľa článku, ktorý bol nedávno publikovaný v časopise Nature, vedci z UCLA našli hlavnú príčinu problému a navrhli jednoduché aplikačné riešenie, ktoré je možné implementovať do výrobného procesu.

Materiály na báze kremíka už dlhú dobu zaujímajú významné postavenie v oblasti solárnych článkov a len málo materiálov sa im môže rovnať z hľadiska účinnosti, trvanlivosti, nákladov atď.

V posledných rokoch, s rozmachom výskumu halogenidov kovov, sa však perovskity rýchlo stávajú vážnym konkurentom - okrem toho, že sa blížia k účinnosti materiálov na báze kremíka, sú tiež ľahšie, flexibilnejšie a lacnejšie.

Jedným problémom perovskitových materiálov je však to, že sa na priamom slnku ľahko rozkladajú, takže ich účinnosť časom klesá.

Predchádzajúce pokusy výskumníkov pridať makromolekuly, staré pigmenty, uhlíkové nanobodky vyrobené z vlasov, dvojrozmerné prísady, zlúčeniny korenia a dokonca aj technológiu kvantových bodiek sa pokúsili zachrániť problémy so životnosťou perovskitových solárnych článkov.

Našťastie tím UCLA našiel mechanizmus rozkladu perovskitových materiálov. Iróniou osudu sa javí, že tento jav je výsledkom procesov povrchovej úpravy určených na opravu defektov a zvýšenie ich účinnosti.

Uvádza sa, že proces zahŕňa potiahnutie povrchu vrstvou organických iónov, ale výskumný tím zistil nevýhodu tohto postupu - na povrchu perovskitového fotovoltaického panelu sa budú hromadiť elektróny nesúce energiu.

Aby toho nebolo málo, tento stav zase narúša usporiadanie atómov perovskitu, čo nakoniec spôsobí ich rozpad v priebehu času.

Vzhľadom na to tím UCLA myslel na pridanie pozitívnych a negatívnych iónových párov do procesu povrchovej úpravy, aby sa tento problém vyriešil.

Nielenže to pomáha udržať povrch neutrálny a stabilný, ale nenarúša to pôvodný proces prevencie defektov.

Aby sa otestoval účinok nového procesu poťahovania, výskumníci vykonali simulovaný test zrýchleného starnutia vylepšeného perovskitového solárneho panelu v prostredí jasného svetla za každého počasia.

Zistilo sa, že nová technológia umožnila perovskitovému fotovoltaickému panelu udržať účinnosť konverzie až 87 percent po 2,{2}} hodinách. V neliečenej kontrolnej skupine klesol na 65 percent.

Na záver spoluautor štúdie Shaun Tan povedal: "Naše perovskitové solárne články dosahujú doteraz najstabilnejšiu vysokú účinnosť."

Tím UCLA zároveň položil nové základné poznatky, na základe ktorých môže komunita ďalej rozvíjať a vylepšovať túto viacúrovňovú technológiu s cieľom pokročiť v návrhu stabilnejších perovskitových solárnych článkov.