Ukryty problem w strukturze ogniwa
Badacze z National University of Singapore postanowili przyjrzeć się bliżej temu, co tak naprawdę ogranicza żywotność zaawansowanych ogniw. Okazało się, że kluczowy problem nie tkwi w samym materiale perowskitowym, lecz w ultracienkiej warstwie łączącej go z krzemem. Ta niewidoczna gołym okiem warstwa kontaktowa SAM okazała się najsłabszym ogniwem całej konstrukcji. Przez lata naukowcy koncentrowali się na stabilizacji perowskitu, podczas gdy prawdziwy problem czaił się gdzie indziej. Pod wpływem podwyższonej temperatury delikatna struktura molekularna zaczynała się rozkładać, zaburzając przepływ prądu. Wei Mingyang z NUS w obrazowy sposób opisuje ten mechanizm:
Konwencjonalne warstwy SAM działają jak dywan molekuł, który pomaga w przepływie ładunków. Gdy stają się zbyt ciepłe, włókna zaczynają się zwijać, pozostawiając luki, które blokują przepływ prądu
Czytaj też: Valar Atomics osiągnęło krytyczność jądrową. To pierwszy startup w historii, któremu się to udało
Odpowiedzią singapurskiego zespołu było opracowanie zupełnie nowego podejścia do budowy warstwy kontaktowej. Zamiast kolejnych modyfikacji perowskitu, jego członkowie stworzyli strukturę molekularną zdolną do samoorganizacji w wytrzymałą sieć. Cząsteczki tworzą między sobą dodatkowe wiązania chemiczne, co przypomina proces tkania mocnej tkaniny z pojedynczych nici. Efekt? Nowa warstwa zachowuje stabilność nawet w podwyższonej temperaturze, nie tracąc swoich właściwości przewodzących. Testy laboratoryjne przyniosły zaskakująco dobre wyniki, gdyż ogniwa zachowywały ponad 96 procent początkowej wydajności po 1200 godzinach ciągłej pracy w temperaturze 65 stopni Celsjusza. Wydajność konwersji energii utrzymywała się na poziomie powyżej 34 procent, co potwierdziły niezależne testy.
Wyzwania komercyjnego wdrożenia
Mimo obiecujących wyników, droga do masowego zastosowania tej technologii wciąż pozostaje długa. Obecne panele krzemowe oferują gwarancje sięgające 25 lat, co stanowi swoisty standard branżowy. Każda nowa technologia musi sprostać tym wymaganiom, aby stać się opłacalna ekonomicznie.
Czytaj też: Wszystkie kontakty na tylnej stronie ogniwa to był strzał w dziesiątkę. Tak powstał nowy rekord fotowoltaiki
Ogniwa tandemowe perowskitowo-krzemowe mogą produkować więcej energii elektrycznej niż tradycyjne panele, ale aby były opłacalne komercyjnie, muszą pozostać stabilne w rzeczywistych warunkach. Skupiliśmy się na wzmocnieniu najsłabszego ogniwa – ultracienkiej warstwy molekularnej między dwoma materiałami – zauważa Park Somin z National University of Singapore
Zespół z NUS planuje teraz przetestować prototypy w naturalnych warunkach Singapuru, gdzie wysoka temperatura i wilgotność stworzą doskonałe środowisko do weryfikacji trwałości rozwiązania. Kolejnym etapem będzie skalowanie technologii do rozmiarów nadających się do komercyjnego wykorzystania. Badanie opublikowane w czasopiśmie Science stanowi ważny krok naprzód. Jeśli testy terenowe potwierdzą laboratoryjne wyniki, możemy być świadkami prawdziwego przełomu w technologii solarnej.