Panele perowskitowe

Perowskity należą do grupy minerałów, powstających z nieorganicznych związków chemicznych z wzoru ABX3, czyli kationów metalu (grupa litowców, albo berylowców), kationów z liczbą koordynacyjną 6 (zwykle tantal, mangan, tytan, albo niob) i anionów tlenkowych O2, choć zdarzają się też halogenkowe i siarczkowe. Związki te pochodzą od perowskitu tytanianu IV wapnia, CatiO3.

Perowskity są materiałem świetnie absorbującym światło, mogącym doprowadzić do przekształcenia się energii słonecznej w prąd w ramach ogniwa fotowoltaicznego. To jedno z najnowocześniejszych i najbardziej efektywnych rozwiązań technologicznych.

Perowskity - czym są?

Perowskit to dość tajemnicza nazwa, która może odmienić energetyczne "życie". To minerał wynaleziony w przyrodzie, z charakterystycznym zestawem atomów tytanianu wapnia. Pochłania światło i jest znacznie korzystniejsze od najbardziej znanego wszystkim krzemu.

Warto cofnąć się do historii. Perowskity po raz pierwszy zostały wynalezione w 1838 roku na Uralu, a ich nazwa pochodzi o nazwiska rosyjskiego mineraloga - Perowskiego. Pod kątem chemicznym oraz po prostu naturalnym perowskit nie jest atrakcyjnym materiałem, ponieważ sam w sobie prądu nie przewodzi, natomiast laboratoryjne modyfikacje, przy uczestnictwie perowskitu hybrydowego, umożliwiają wytworzenie takiego perowskitu, który swoją strukturą potrafi przewodzić prąd. To rozwiązanie stworzyło wartościową alternatywę dla krzemu, wykorzystywanego przy produkcji ogniw fotowoltaicznych jako półprzewodnik.

Ogniwa perowskitowe - cena

Moduły perowskitowe są w stanie lepiej radzić sobie z pochłanianiem światła, niż np. krzem. Dodając do tego nawet trzykrotnie mniejsze zużycie materiałów do stworzenia jednego ogniwa słonecznego, panele perowskitowe wysuwają się na czoło w kategorii opłacalności produkcji prądu ze słońca w ten sposób. Badania nad tym pomysłem trwały od co najmniej kilku lat, a wnioski naukowców mówiły wprost, że jest to ciekawa alternatywa dla półprzewodników. W modułach perowskitowych konwersja energii stoi na poziomie 18-22%, a więc są to wskaźniki podobne do standardowo używanego krzemu. Różnica jest już nawet w wykorzystaniu elementów, ponieważ w przypadku perowskitów produkcja odbywa się na bardzo cienkich warstwach, oszczędzając komponenty potrzebne do produkcji kolejnych paneli.

Przy modułach perowskitowych stoi jeszcze więcej plusów. Te są lżejsze, a także bardziej elastyczne, swoją strukturą umożliwiają montaż na każdej powierzchni budynku, dopasowując do tego konkretny rozmiar i kolor, w zależności np. od elewacji. W końcowym rozrachunku moduły perowskitowe mają niższą cenę, a charakteryzują się taką samą wydajnością w stosunku do starszych odpowiedników (krzem krystaliczny, CdTe, CIGS na pułapie 20 procent).

Kiedy rozpoczęto badania nad perowskitami?

Pierwsze wiarygodne analizy i wyniki badań nad perowskitami pojawiły się w 2009 roku w Japonii, ale rezultaty wykorzystania tego typu minerałów w ogniwach fotowoltaicznych nie przyniosły zbyt wiele. Kolejne badania, tym razem z Oxfordu, wskazywały na generację energii na poziomie 10 procent. Wówczas zastosowano polimer perowskitu, zamiast elektrolitu.

Kolejne badania pod przewodnictwem polskiej fizyk Olgi Malinkiewicz były przełomem. Eksperymenty pozwoliły usunąć z produkcji tlenek tytanu, który podwyższał koszty tworzenia materiału ogniwa do produkcji prądu. Udało się też obejść problem przechodzenia przez niektóre procesy w zbyt dużej temperaturze, dzięki czemu efektem końcowym stał się perowskit w płynie, mogący być nanoszony na powierzchnie w formie farby. Samo to rozwiązanie możliwe jest także poprzez nadrukowanie materiału ogniwa, na bazie mokrej chemii. Grubość materiału perowskitowego ocenia się na około 300 nm, pochłaniające światło z przedziału 300-800 nm długości fal.

Perowskity - gdzie znajdą swoje zastosowanie?

Technologiami, które korzystają z rozwiązań perowskitowych, interesują się różne dziedziny przemysłowe i największe firmy na świecie. Materiały można bowiem wykorzystać np. w smartfonach, tabletach, inteligentnej odzieży i gadżetach.
Mimo wszystko temat perowskitów najczęściej pojawia się w kontekście produkcji tańszych, ale równie wydajnych ogniw słonecznych, po uprzednim wykorzystaniu tej techniki w sprzętach elektroniki użytkowej, aby po testach w życiu codziennym móc przejść na znacznie większe moduły oraz parametry, wykorzystywane w budownictwie oraz przemyśle.

Ogromne zainteresowanie fotowoltaiką siłą rzeczy wymusza, że z czasem są poszukiwane także także bardzie ekonomiczne, ale równie wydajne rozwiązania i alternatywy.

Jedną z takich nowinek technologicznych jest właśnie atramentowy druk perowskitowych modułów fotowoltaicznych, z możliwym dokładnym dostosowaniem ogniw słonecznych do zastanej powierzchni, gdzie miałby być produkowany prąd ze słońca.

Już pierwsze testy modułów perowskitowych w fotowoltaice przyniosły zaskakujące rezultaty. W domu jednorodzinnym w Poznaniu wyprodukowano więcej energii, aniżeli potrzebuje jej czteroosobowa rodzina w ciągu roku. Taka nadwyżka produkcji prądu zasygnalizowała, że faktycznie w budownictwie można również i w tym aspekcie dokonać ewolucji, przy udziale modułów perowskitowych. Tego typu odkrycia to kolejny, znaczny postęp w Odnawialnych Źródłach Energii.

Panele fotowoltaiczne z perowskitów

Warto podkreślić, iż perowskitową folię fotowoltaiczną da się nanieść na przeróżne powierzchnie - od karoserii aut, poprzez pola na statkach i samolotach, po okna, ściany oraz dachy budynków. Co ciekawe, rozwój pozwoli również na bezpośrednie drukowanie takiej folii w wybranym miejscu.

Z minerałów skorzystać mogą też hale produkcyjne i magazyny, samemu produkując prąd i to nawet wtedy, kiedy na folię perowskitową nie będą bezpośrednio wpadać promienie słoneczne. Co za tym idzie, perowskity to przyszłość dla każdego budynku, bowiem jeśli skorzystają z tej technologii, mogą stać się samowystarczające energetycznie. Wszystko to wpisuje się idealnie w przyszłość z OZE.

Ogniwa perowskitowe są w stanie wyprodukować około 30 procent więcej energii, niżeli tradycyjne panele fotowoltaiczne z krzemu, a sprawność młodszej technologii może być wyższa o około 10%, w porównaniu ze standardowym odpowiednikiem. To wszystko składa się zatem nie tylko na większą wydajność, ale i cenę. Ogniwa perowskitowe pozwalają w znaczny sposób obniżyć koszt instalacji fotowoltaicznych, wzmacniając ekologiczne propozycje energetyczne w naszym życiu!

Fotowoltaika GrudziądzFotowoltaika KwidzynFotowoltaika BydgoszczFotowoltaika Toruń • Fotowoltaika Świecie • Fotowoltaika Brodnica


Copyright © 2021 Lumifil Innovations Sp. z o.o.

Wdrożenie: Studio113