Wygląda jednak na to, że już wkrótce może się to zmienić za sprawą pracy badaczy z Uniwersytetu w Manchesterze. Zespół kierowany przez profesora Thomasa Anthopoulosa zaprezentował podejście, które jednocześnie poprawia wydajność i trwałość ogniw perowskitowych. To połączenie było dotychczas niezwykle trudne do osiągnięcia i może stanowić brakujący element układanki.
Nowa warstwa zabezpiecza delikatną strukturę krystaliczną
Sekretem sukcesu okazały się specyficzne cząsteczki organiczne, nazywane ligandami amidyniowymi. Pełnią one funkcję subtelnego spoiwa, które wzmacnia wewnętrzną strukturę materiału perowskitowego i zapobiega jej degradacji. Naukowcy tak dobrali właściwości chemiczne tych ligandów, że tworzą one niezwykle gładką i jednolitą warstwę ochronną na powierzchni ogniwa. Ta nanometrowa powłoka skutecznie eliminuje mikroskopijne defekty w sieci krystalicznej, które dotąd utrudniały swobodny przepływ ładunków elektrycznych. W efekcie ogniwo jest nie tylko bardziej wydajne, ale też znacznie lepiej znosi długotrwałe wystawienie na działanie wysokiej temperatury i intensywnego promieniowania.
Czytaj także: Perowskity już nie są kruche. Nowa metoda wielokrotnie przedłuża ich życie
Ogniwa wytrzymały ponad tysiąc godzin w ekstremalnych warunkach
Opublikowane w tym roku wyniki badań prowadzonych przez Xiaominga Changa i jego współpracowników są imponujące. Opracowane ogniwa osiągają sprawność przetwarzania światła na prąd elektryczny na poziomie 25,4%. To wynik porównywalny z wysokiej klasy panelami krzemowymi dostępnymi obecnie w sklepach. Prawdziwym kamieniem milowym jest jednak stabilność. Podczas testów, gdzie ogniwa pracowały nieprzerwanie przez 1100 godzin w temperaturze 85 stopni Celsjusza przy pełnym nasłonecznieniu, zachowały ponad 95% początkowej mocy. Wcześniejsze generacje perowskitów w podobnie wymagających warunkach potrafiły stracić na efektywności już po kilkuset godzinach. Taka trwałość laboratoryjna sugeruje, że technologia jest w stanie przetrwać wieloletnią eksploatację na zewnątrz, co było głównym znakiem zapytania.
Czytaj także: Ta substancja miała uratować panele przed korozją. Teraz rewolucjonizuje pięć różnych branż
Mimo tych obiecujących danych, droga do masowej produkcji wciąż wymaga czasu. Perowskity mają fundamentalne zalety – ich wytworzenie jest mniej energochłonne niż krzemu, a technologia druku czy napylania umożliwia tworzenie ultracienkich i giętkich paneli. Przełom w kontroli wzrostu stabilnych warstw perowskitu, którym wykazali się brytyjscy naukowcy, rzeczywiście usuwa kluczową przeszkodę. Należy jednak pamiętać, że testy laboratoryjne, nawet tak zaawansowane, to dopiero pierwszy krok. Przed przemysłem stoją jeszcze wyzwania związane z skalowaniem procesu produkcji, zapewnieniem trwałości przez 20-25 lat w rzeczywistym, zmiennym klimacie oraz konkurencyjnością cenową. Postęp z Manchesteru jest jednak na tyle znaczący, że po raz pierwszy od lat widać realną ścieżkę do skomercjalizowania tej technologii. To powód do ostrożnego optymizmu, ale bez przedwczesnej euforii.