Przełom w technologii wytwarzania perowskitowych ogniw słonecznych

Uczeni z USA odkryli, że stosowanie pewnego związku z cynkiem pozwala przedłużyć żywotność i zwiększyć stabilność perowskitowych ogniw fotowoltaicznych. Dzięki tej wiedzy udało im się opracować najbardziej wydajne ogniwa w swojej klasie wielkości.

Najbardziej popularną technologią ogniw słonecznych wciąż pozostają ogniwa krzemowe. Ogniwa perowskitowe mają jednak nad nimi kilka przewag. To np. prostsze i tańsze procesy produkcyjne, mniejsza wielkość, a także to, że mogą być elastyczne. Rozwiązanie to ma jednak też wady – niską żywotność, stabilność oraz wydajność.

Naukowcy z amerykańskiego Uniwersytetu Karoliny Północnej w Chapel Hill opublikowali w Nature Communications wyniki swoich badań skupiających się wokół działania związków cynku na budowanie jednorodności folii perowskitowych. Uczeni dostrzegają jeden z problemów w naturze ogniw perowskitowych, który ma miejsce podczas procesów produkcyjnych, kiedy to związki jodku utleniają się do jodu cząsteczkowego. Prowadzi to do zaburzenia wewnętrznej struktury ogniwa, a tym samym do obniżenia jego finalnej wydajności.

Wobec tego badacze przeprowadzili eksperyment, dodając do atramentu perowskitowego (substancji, z której „odlewa się” ogniwo) pięć różnych soli cynku i wytwarzając pięć prototypów ogniw. Tymi solami były: mrówczan cynku, octan cynku, trifluorooctan cynku, trifluorometanosulfinian cynku i trifluorometanosulfonian cynku. Dla porównania parametrów pracy wykorzystano również ogniwo kontrolne bez dodatku cynku.

Badania były bardzo skrupulatne, ponieważ nie tylko testowano wpływ różnych soli, ale nawet różnych wartości ich stężenia (od 0,14 proc. do 0,55 proc.). Dzięki temu uzyskano wiarygodny wynik i wskazano niezaprzeczalnego zwycięzcę. Był nim trifluorometanosulfinian cynku o wzorze chemicznym Zn(OOSCF₃)₂ przy stężeniu 0,28 proc. Związek ten sprawił, że ogniwo charakteryzowało się średnim napięciem obwodu otwartego na poziomie 1,18 V oraz współczynnikiem wypełnienia wynoszącym 82 proc.

Znając skład i stężenie idealnej soli stworzono trzy finalne ogniwa perowskitowe o rozmiarach 78 cm², 84 cm² i 108 cm². Dwa największe wykazały sprawność konwersji energii równą odpowiednio 19,6 i 19,21 proc. Wynik został potwierdzony certyfikatem Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej w USA (NREL) i jest obecnie rekordem dla modułów o tym rozmiarze.

Zastosowanie soli cynku jest ważną informacją dla przyszłych procesów produkcyjnych w przypadku perowskitów. Prototypy autorstwa uczonych z Karoliny Północnej nie są co prawda ogromnych rozmiarów, ale bez żadnych wątpliwości stanowią ważny wkład w ogół wiedzy na temat fotowoltaicznych ogniw przyszłości.

Źródło: chip.pl