Wydajność na poziomie 33,4% to fakt
Zespół Longi we współpracy z Soochow University oraz Xi’an Jiaotong University opracował elastyczne, perowskitowo-krzemowe ogniwo tandemowe, które osiągnęło certyfikowaną wydajność konwersji mocy na poziomie 33,4%. Rekord został potwierdzony przez amerykańskie National Renewable Energy Laboratory dla ogniwa o powierzchni 1 centymetra kwadratowego. To pierwsze tak wydajne, elastyczne ogniwo tego typu na świecie. Wynik dla mikroskopijnej próbki to jedno, lecz prawdziwym wyzwaniem jest skalowanie technologii. Tutaj również są dobre wieści. Dla ogniwa o znacznie większej, komercyjnej powierzchni 260 cm², udało się uzyskać wydajność 29,8%. Ten rezultat został zweryfikowany przez niemiecki Instytut Fraunhofera. Co istotne, moc na jednostkę masy wyniosła imponujące 1,77 W/g, co podkreśla lekkość całej konstrukcji. Szczegóły badań ukazały się w czasopiśmie Nature.
Czytaj też:
Wydajność w laboratorium to tylko połowa sukcesu. Kluczowe jest, by ogniwo przetrwało w rzeczywistych warunkach. Elastyczność oznacza przecież ciągłe naprężenia. W testach wytrzymałościowych ogniwo zachowało ponad 97% początkowej sprawności po aż 43 000 cykli zginania z promieniem krzywizny około 4 cm. To ogromna liczba, sugerująca, że materiał nadaje się do zastosowań wymagających wielokrotnego składania. Równie ważna jest odporność na skrajne temperatury. Po 250 cyklach, w których ogniwo poddawano działaniu temperatur od -40°C do +85°C, spadek wydajności był marginalny i również wyniósł około 3%. To warunki symulujące zarówno arktyczne noce, jak i pustynne upały, co rozszerza potencjalne obszary zastosowań. Cała struktura jest przy tym niezwykle cienka i lekka – dolna warstwa krzemowa ma grubość zaledwie 60 mikrometrów, a całość waży poniżej 4,4 grama.
Sekret sukcesu: podwójna warstwa buforowa z tlenku cyny
Co stanowiło klucz do osiągnięcia tak dobrej elastyczności bez utraty właściwości elektrycznych? Inżynierowie zastosowali innowacyjną, podwójną warstwę buforową z tlenku cyny. Składa się ona z dwóch części: porowatej i gęstej. Warstwa porowata działa jak amortyzator, rozpraszając naprężenia mechaniczne podczas zginania. Z kolei warstwa gęsta odpowiada za efektywny transport ładunku elektrycznego. To rozwiązanie pokonuje główną przeszkodę w rozwoju elastycznej fotowoltaiki. Wcześniej powtarzające się naprężenia prowadziły do stopniowego odwarstwiania się materiałów i degradacji ogniwa. Nowa konstrukcja skutecznie łagodzi te procesy, zwiększając przyczepność między warstwami i odporność na uszkodzenia.
Czytaj też:
Działalność badawcza Longi nie ogranicza się tylko do ogniw elastycznych. Kilka miesięcy wcześniej, w kwietniu, firma ogłosiła inny światowy rekord. Dotyczył on monokrystalicznego krzemowego ogniwa typu Hybrid Interdigitated Back Contact (HIBC), które osiągnęło wydajność 27,81%. Technologia HIBC, opracowana we współpracy z Sun Yat-sen University i Lanzhou University, jest w pełni własnością intelektualną chińskiego konsorcjum. Jej zaletą, oprócz wysokiej sprawności, jest kompatybilność z obecnie istniejącymi liniami produkcyjnymi. Oznacza to, że wdrożenie nie wymaga budowy fabryk od zera, co znacząco obniża barierę wejścia i przyspiesza komercjalizację. Moduły z ogniw HIBC osiągają już dziś moc 700 W przy powierzchni około 2,7 m².
Gdzie to wszystko znajdzie zastosowanie?
Potencjalne zastosowania elastycznych ogniw tandemowych są niezwykle szerokie. Pierwszym, który przychodzi na myśl, jest fotowoltaika kosmiczna. Ich lekkość obniżyłaby koszty wynoszenia na orbitę, a odporność na ekstremalne wahania temperatury jest wręcz stworzona dla warunków panujących w przestrzeni kosmicznej. Równie ciekawe są perspektywy w transporcie. Elastyczne panele można by integrować z zakrzywionymi powierzchniami dachów samochodów, przyczep kempingowych, a nawet kadłubów samolotów czy dronów, zwiększając ich zasięg i autonomię. Niska waga jest tu kluczowym argumentem. Wyniki osiągnięte przez Longi i partnerów akademickich są bez wątpienia imponujące i pokazują, gdzie zmierza fotowoltaika nowej generacji. Pozostaje jednak zawsze to samo pytanie, które towarzyszy każdemu laboratoryjnemu przełomowi: jak długą drogę musi jeszcze pokonać, by trafić pod strzechy, na masowe dachy czy do salonów samochodowych.?