Ogniwa fotowoltaiczne wykonane z perowskitów są wydajniejsze, jeśli perowskit jest utarty mechanicznie, a nie uzyskany klasycznie – w roztworze. Nad wyjaśnieniem tego zjawiska pracuje dr inż. Daniel Prochowicz z Instytutu Chemii Fizycznej PAN.
Perowskity to materiały doskonale absorbujące światło, które pozwalają przekształcać energię słoneczną w prąd w ogniwie fotowoltaicznym. Ogniwo takie jest lekkie, ponieważ warstwa perowskitu może być niezwykle cienka.
Moduły fotowoltaiczne coraz cieńsze
Dzięki temu w przyszłości ładowarki do telefonów będą mogły stanowić cienką folię, czerpiąc energię ze źródła światła. Cienkie i elastyczne moduły fotowoltaiczne będą nakładane na dachy samochodów i okna biurowców, zasilając pojazdy i budynki w energię.
Poszukiwanie metody
Zanim jednak ogniwa oparte na technologii perowskitów znajdą praktyczne zastosowania, trzeba opracować wydajne sposoby ich otrzymywania. Dr inż. Daniel Prochowicz z zespołu prof. Janusza Lewińskiego opracował wydajną metodę otrzymywania różnych hybrydowych nieorganiczno-organicznych perowskitów halogenkowych do zastosowań w fotowoltaice.
Perowskity kontra krzem
Jak wyjaśnił w rozmowie z PAP dr Prochowicz, rynek fotowoltaiczny jest zdominowany przez ogniwa krzemowe. Ogniwa perowskitowe mogą osiągać podobną wydajność, mimo że są dużo lżejsze. Z perowskitów halogenkowych można uzyskać bardzo cienką 400-500 nanometrową warstwę, którą pokrywa się ogniwo. To może przekładać się na niski koszt produkcji perowskitowych modułów fotowoltaicznych.
Jak uzyskać cienki film? Dwie metody
- Perowskity w postaci cienkiego filmu można otrzymywać na dwa sposoby. Standardowa metoda zakłada rozpuszczenie substratów w rozpuszczalniku organicznym. Tak otrzymany roztwór rozprowadza się do cienkiej warstwy pod wpływem siły odśrodkowej lub nanosi na powierzchnię za pomocą sprayu. Następnie wygrzewa się go w podwyższonej temperaturze w celu krystalizacji perowskitu.
- Z kolei naukowcy z IChF PAN wykorzystali mechanochemiczną metodę syntezy do otrzymywania szerokiej gamy perowskitów halogenkowych. Uzyskują perowskity przez ucieranie. Takie mechanoperowskity wykorzystują do budowy ogniw fotowoltaicznych. Aby pokryć ogniwo, trzeba rozpuścić utarty perowskit, ale proces przebiega nieco inaczej i taniej. Co więcej, perowskity otrzymane przez ucieranie można długo przechowywać w atmosferze gazu obojętnego. W każdym momencie można je wykorzystać do budowy ogniw słonecznych bez obawy o pogorszenie parametrów. Mechanochemia pozwala prowadzić reakcje chemiczne bez użycia rozpuszczalnika i wysokiej temperatury. Synteza substancji jest wtedy tańsza, ponieważ pochłania mniej energii. Kiedy nie ma rozpuszczalnika, nie powstaje też wiele odpadów, a zatem jest to metoda przyjazna środowisku. Procesy mechanochemiczne pozwalają otrzymać produkty szybciej, z wysoką czystością i wydajnością.
Wyniki
Cienka warstwa otrzymana w wyniku naniesienia roztworu zawierającego rozpuszczony mechanoperowskit była bardziej jednorodna. Miała mniej defektów strukturalnych i ładunków gromadzących się na powierzchni filmu, niż warstwa perowskitowa otrzymana standardową metodą.
Ogniwo słoneczne pracujące na materiałach perowskitowych otrzymanych mechanochemicznie wykazywało lepsze parametry fotowoltaiczne niż ogniwo zawierające analogiczny perowskit otrzymany metodą standardową.
Daniel Prochowicz wykorzystywał już wcześniej procesy mechanochemiczne do otrzymywania kompleksów metali, polimerów koordynacyjnych oraz materiałów mikroporowatych. Ostatnio rozwijał tę metodę w zespole prof. Michaela Graetzela w z Ecole Polytechnique de Lausanne w Szwajcarii. Dalsze prace będzie prowadził w IChF PAN w ramach otrzymanego projektu badawczego HOMING finansowanego ze środków Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej. Naukowiec wcześniej był stypendystą programu START, a w październiku br. otrzymał nagrodę naukową „Polityki” dla młodych badaczy w dziedzinie nauk ścisłych.
Źródło: PAP Nauka w Polsce. Photo by Aurelien Romain on Unsplash
