Nowy rekord świata w efektywności
Zespół z King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) osiągnął 28,7 procent sprawności dla potrójnego ogniwa perowskitowo-perowskitowo-krzemowego. Urządzenie o powierzchni jednego centymetra kwadratowego bije dotychczasowe rekordy dla tej architektury. Prawdziwym sukcesem nie jest jednak sama liczba, lecz rozwiązanie problemów z degradacją materiałów. Warstwa środkowa na bazie jodku ołowiu formamidyniowego psuła się podczas produkcji, a górna warstwa bogata w brom ulegała segregacji pod wpływem światła. Te właśnie wyzwania przez lata blokowały rozwój technologii.
Systematycznie zdefiniowaliśmy różne mechanizmy degradacji fazowej w różnych kompozycjach perowskitów jako ujednolicony framework niestabilności fazowej, napędzany fundamentalnie przez przejścia fazowe i migrację jonów – wyjaśnia Stefaan De Wolf, główny autor badania
Kluczem okazał się kwas 3-aminopropionowy wprowadzony do struktury perowskitu. Ta pozornie niewielka modyfikacja stworzyła sieć wiązań jonowych i wodorowych, która znacząco podniosła bariery energetyczne przejść fazowych. Strategia jednocześnie powstrzymała degradację materiałów i segregację wywołaną światłem, rozwiązując dwa główne problemy za jednym razem. Dodatkową korzyścią było usprawnienie transportu elektronów przez całą strukturę ogniwa. Grupa karboksylowa w kwasie 3-aminopropionowym skutecznie oddziałuje z interfejsami, ułatwiając przepływ ładunku.
Długoterminowa trwałość wreszcie osiągalna
To, co naprawdę odróżnia to odkrycie od wcześniejszych prób, to dramatyczna poprawa stabilności w dłuższej perspektywie. Dotychczasowe ogniwa perowskitowe szybko traciły efektywność, co uniemożliwiało ich praktyczne zastosowanie. Nowe urządzenia zachowały ponad 85 procent początkowej sprawności po tysiącu godzinach ciągłego działania. Choć wciąż daleko im do 25-letniej żywotności konwencjonalnych paneli krzemowych, to już stanowi znaczący postęp. Metodę przetestowano na różnych typach perowskitów: od ogniw o wąskiej przerwie energetycznej (cynowo-ołowiowe) przez średnie (na bazie FAPbI3) po szerokie (bogate w brom). We wszystkich przypadkach zaobserwowano wyraźną poprawę wydajności i redukcję defektów. Wyniki opublikowane w Nature Materials oferują coś więcej niż kolejny rekord. To uniwersalna strategia poprawy stabilności materiałów perowskitowych, którą można zastosować w różnych konfiguracjach ogniw.
Czytaj też: Czystszy lit niż wymaga przemysł. Nowa metoda recyklingu bije na głowę dotychczasowe standardy
Te wyniki nie tylko przesuwają granice sprawności potrójnych ogniw słonecznych, ale także oferują ogólną strategię poprawy stabilności fazowej absorbentów perowskitowych, co jest kluczowym krokiem w kierunku ich przemysłowego wdrożenia – dodaje De Wolf
Potrójne ogniwa perowskit/perowskit/krzem oferują atrakcyjną kombinację wysokiej mocy i niskich kosztów produkcji. To połączenie mogłoby znacząco obniżyć cenę energii słonecznej, choć droga do komercjalizacji wciąż wydaje się daleka. Międzynarodowy zespół z Arabii Saudyjskiej, Turcji i Niemiec planuje dalsze prace nad poprawą wydajności, skupiając się na optymalizacji górnego podogniwa perowskitowego. Celem jest minimalizacja strat energetycznych i dalsze zwiększanie ogólnej efektywności systemu. Patrząc realistycznie, perowskity wciąż mają przed sobą długą drogę, zanim trafią na dachy naszych domów. Jednak najnowsze osiągnięcia w zakresie stabilności materiałów wreszcie dają powody do optymizmu. Być może tym razem obietnice rewolucji w fotowoltaice nie okażą się jedynie pobożnymi życzeniami.