Klucz do sukcesu leży w materiałach
Cały sekret tkwi w wykorzystaniu kesterytów, a konkretnie siarczku miedziowo-cynkowo-cynowego (CZTS). To materiały składające się z powszechnie dostępnych i nietoksycznych pierwiastków, co stanowi ogromną przewagę nad dotychczas stosowanymi rozwiązaniami. Opracowana przez zespół pięciowarstwowa struktura wykorzystuje tlenek miedzi jako warstwę transportującą dziury oraz precyzyjnie dobrane grubości każdej z warstw.
Czytaj też: Tak w Chinach magazynują energię. Bateria jądrowa działa przez dziesiątki lat
Symulacje pokazują, że idealna konfiguracja zakłada grubość warstwy absorbującej na poziomie 2,5 mikrometra przy przerwie energetycznej 1,3 eV. Warstwa transportująca elektrony z dwutlenku tytanu wymagała zaledwie 0,001 mikrometra grubości, co świadczy o niezwykłej precyzji koniecznej do osiągnięcia takich wyników.
Wyzwania nie znikają, ale perspektywy są bardzo kuszące
Mimo obiecujących symulacji, droga do komercjalizacji tej technologii wciąż jest daleka. Głównym problemem okazują się defekty na granicach warstw – zwłaszcza między warstwą absorbującą CZTS a warstwą transportującą elektrony TiO2. Wzrost gęstości defektów z 1 × 10^10 do 1 × 10^20 cm⁻³ powoduje drastyczny spadek wydajności z 33,3% do 24,45%. Kolejnym wyzwaniem jest wrażliwość na temperaturę. Wzrost z -13 do 67 stopni Celsjusza powoduje spadek wydajności z 34,27% do 30,15%, co wymagać będzie opracowania skutecznych systemów chłodzenia dla przyszłych aplikacji komercyjnych.
Czytaj też: Przemysł akumulatorowy czeka ogromna zmiana. Nowe metody produkcji obiecują wielką redukcję kosztów
Naukowcy wskazują na możliwość dalszej optymalizacji technologii. Zespół badawczy zauważył, że kolejne badania mogłyby skupić się na zastąpieniu CuO przez Cu2O jako warstwy transportującej dziury. Wszystko po to, by zwiększyć mobilność dziur i poprawić dopasowanie przerw energetycznych. Dodatkowo rozważane jest zastąpienie złota molibdenem w roli kontaktów tylnych, co mogłoby znacząco obniżyć koszty produkcji przy zachowaniu wysokiej wydajności. Choć wyniki symulacji są imponujące, to nie oznaczają jeszcze realnych osiągów w codziennym życiu. Przejście od modeli komputerowych do rzeczywistej produkcji masowej zawsze wiąże się z niespodziankami i dodatkowymi wyzwaniami. Technologia kesterytowa ma jednak ogromny potencjał, szczególnie w kontekście walki ze zmianami klimatycznymi i dążenia do energetycznej niezależności. Jeśli uda się pokonać obecne ograniczenia, możemy stać przed prawdziwą rewolucją w fotowoltaice – tańszą, bardziej dostępną i opartą na powszechnie dostępnych materiałach. To brzmi jak scenariusz wart inwestycji i dalszych badań.