Nowe perowskitowe ogniwa słoneczne są około 10 tysięcy razy cieńsze od ludzkiego włosa i mniej więcej 50 razy cieńsze niż typowe ogniwa perowskitowe. Brzmi jak popis miniaturyzacji dla samego popisu, ale w tym przypadku grubość ma kluczowe znaczenie. Im mniej materiału zasłania światło i zmienia wygląd powierzchni, tym łatwiej wyobrazić sobie szkło, które nadal pełni swoją zwykłą funkcję, a przy okazji wytwarza energię.
Szyba, która nie zamienia domu w akwarium z filtrem przeciwsłonecznym
Okno ma przede wszystkim wpuszczać światło i pozwalać patrzeć na zewnątrz. Jeżeli zaczyna wyglądać jak mocno przydymiona osłona, część funkcjonalności znika. Singapurski zespół opracował półprzezroczyste i neutralne kolorystycznie ogniwa, które mogą być w przyszłości integrowane z szybami, fasadami, a nawet elementami elektroniki noszonej. W jednej z wersji prototyp przepuszczał około 41% widzialnego światła, osiągając jednocześnie sprawność konwersji energii na poziomie 7,6%.
To oczywiście nie są parametry klasycznego panelu na dachu, ale nikt rozsądny nie powinien oczekiwać, że okno nagle zacznie pracować jak moduł krzemowy ustawiony pod idealnym kątem do słońca. Tu liczy się co innego: wykorzystanie powierzchni, które dziś po prostu stoją biernie.
Mam wrażenie, że właśnie w tym tkwi siła tej technologii. W dokładaniu kolejnych, dotąd straconych metrów kwadratowych do miejskiego bilansu energetycznego. Dachy mają ograniczoną powierzchnię. Ściany biurowców, przeszklenia dworców, szklane elewacje centrów handlowych czy duże przeszklenia w nowoczesnych osiedlach – tych płaszczyzn jest znacznie więcej.
Badacze szacują, że przy odpowiedniej skali duży przeszklony budynek mógłby teoretycznie wytwarzać rocznie kilkaset megawatogodzin energii. W realiach Singapuru porównano to do rocznego zużycia prądu przez około 100 czteropokojowych mieszkań komunalnych.
Perowskity wracają. Tym razem w bardzo cienkim wydaniu
Sama idea przezroczystych lub półprzezroczystych ogniw słonecznych nie jest nowa. Od lat naukowcy próbują sprawić, by szkło w budynkach przestało być energetycznie obojętne. Problem w tym, że zwykle trzeba było wybierać: większa przejrzystość oznaczała słabszą produkcję energii, a lepsza wydajność prowadziła do ciemniejszego, mniej praktycznego materiału. W dodatku perowskity, choć niezwykle obiecujące, wciąż mierzą się z kłopotami dotyczącymi trwałości i pracy przez długie lata w zmiennych warunkach.
Nowe ogniwa powstały metodą termicznego odparowania w próżni. W uproszczeniu: materiały źródłowe są podgrzewane, przechodzą w parę, a następnie osadzają się na podłożu jako wyjątkowo cienka warstwa. Dzięki temu można bardzo precyzyjnie kontrolować jej grubość i uzyskać jednorodną strukturę. To ważne nie tylko dla wyników laboratoryjnych, ale też dla potencjalnej produkcji na większą skalę.
Zespół podkreśla, że taka metoda omija użycie toksycznych rozpuszczalników i może zmniejszać liczbę defektów, które pogarszają pracę ogniwa. Udało się zejść do warstwy absorbera o grubości 10 nanometrów. W nieprzezroczystych wariantach sprawność wyniosła około 7%, 11% i 12% dla warstw o grubości odpowiednio 10, 30 i 60 nanometrów.
Miasto jako elektrownia? Kuszące, ale jeszcze nie jutro
Naukowcy sami wskazują, że przed komercyjnym wdrożeniem konieczne są testy długoterminowej stabilności, wytrzymałości i pracy na dużych powierzchniach. To szczególnie ważne w przypadku materiałów perowskitowych, które od lat fascynują badaczy sprawnością i elastycznością zastosowań, ale wciąż muszą udowodnić, że poradzą sobie z wilgocią, temperaturą i codziennym starzeniem w prawdziwych warunkach. Dopiero wtedy będzie można mówić nie o pięknym eksperymencie, lecz o realnym komponencie nowoczesnego budownictwa.
A jednak trudno machnąć ręką. Miasta potrzebują energii, a jednocześnie coraz trudniej znaleźć w nich dodatkową przestrzeń dla infrastruktury. Jeśli część powierzchni budynków zacznie kiedyś pracować choćby pomocniczo, będzie to zmiana bardzo znacząca.