Perovskitové revolúcie:
Materiály s potenciálom pre vysokú účinnosť a nízku cenu

V predošlých článkoch sme sa ponorili do inšpirácie z prírody a spoznali flexibilné a udržateľné organické fotovoltaické články (OPV). Teraz sa presunieme k materiálovej inovácii, ktorá je v solárnom svete označovaná za "novú hviezdu" – perovskity. Tieto syntetické materiály s unikátnou kryštalickou štruktúrou majú potenciál revolučne zmeniť spôsob, akým vyrábame solárne panely, sľubujúc vysokú účinnosť a zároveň výrazne nižšie výrobné náklady.

Solárne parky / Inovácie / Perovskitové revolúcie

Solárne inovácie, Perovskitové revolúcie

Čo sú perovskity? Minerál, ktorý sa stal revolúciou

Názov perovskit je odvodený od minerálu (CaTiO₃), ktorý bol objavený v roku 1837 a pomenovaný podľa ruského mineralóga L. A. Perovského. V solárnej energetike však hovoríme o širokej triede syntetických materiálov, ktoré majú podobnú kryštalickú štruktúru ako tento minerál. Tieto materiály sú zložené z organických a anorganických zložiek (napr. metylamónium-olovo-halogénid), ktoré spoločne tvoria mriežku schopnú mimoriadne efektívne absorbovať svetlo a premieňať ho na elektróny.

Princíp fungovania: Perovskity dokážu efektívne absorbovať široké spektrum slnečného svetla a generovať elektrický prúd s prekvapivou účinnosťou. Ich jedinečná štruktúra im umožňuje účinne prenášať elektróny a diery, čo sú kľúčové procesy pri výrobe elektriny.

Potenciálna účinnosť a náklady: Prečo sú perovskity tak sľubné?

Perovskitové solárne články sa stali predmetom intenzívneho výskumu v posledných desiatich rokoch, a to z dobrého dôvodu:

Vysoká účinnosť: Výskumné laboratóriá dosiahli s perovskitmi rekordné účinnosti, ktoré sa už dnes vyrovnávajú a v niektorých prípadoch dokonca prekonávajú tradičné kremíkové solárne články. Hovoríme o účinnostiach presahujúcich 25% v laboratórnych podmienkach, čo je pre relatívne novú technológiu mimoriadne pôsobivé.
Nízke výrobné náklady: Na rozdiel od kremíka, ktorý si vyžaduje energeticky náročné a zložité procesy čistenia a kryštalizácie, sa perovskitové materiály dajú vyrábať relatívne jednoduchými a lacnými metódami, ako je napríklad tlač alebo striekanie. To výrazne znižuje náklady na výrobu solárnych článkov a otvára cestu k masovému nasadeniu.
Flexibilita a transparentnosť: Podobne ako organické PV, aj perovskity môžu byť spracované do tenkých, flexibilných filmov a dokonca aj do priesvitných verzií. To umožňuje ich integráciu do rôznych aplikácií, nielen na strechy (napr. okná, fasády budov, nositeľná elektronika).
Dva články v jednom (tandemové články): Jednou z najväčších výhod je možnosť kombinovať perovskitové články s tradičnými kremíkovými v tzv. tandemových solárnych článkoch. Perovskitová vrstva dokáže zachytiť spektrum svetla, ktoré kremík bežne nevyužíva, čím sa celková účinnosť takéhoto tandemového článku dramaticky zvyšuje (potenciál k 30 % a viac).

Výzvy: Stabilita, toxicita a škálovateľnosť

Napriek obrovskému potenciálu čelia perovskity aj kľúčovým výzvam, ktoré je potrebné prekonať pred ich širokým komerčným nasadením:

Stabilita: Perovskitové články sú zatiaľ citlivé na vlhkosť, kyslík a teplo, čo môže skracovať ich životnosť v reálnych vonkajších podmienkach. Intenzívny výskum sa však zameriava na zlepšenie ich stability prostredníctvom nových kompozícií a zapuzdrenia.
Toxicita (olovo): Mnohé z najefektívnejších perovskitových materiálov obsahujú olovo, ktoré je toxické. Vedci sa snažia vyvinúť alternatívne zloženia bez olova alebo zabezpečiť dokonalé zapuzdrenie, aby sa zabránilo uvoľňovaniu olova do prostredia.
Škálovateľnosť výroby: Prejsť od laboratórnej výroby malých článkov k masovej výrobe veľkých panelov si vyžaduje robustné priemyselné procesy a investície.

Budúce aplikácie: Energetická revolúcia na dosah

Ak sa podarí prekonať súčasné výzvy, perovskity majú potenciál transformovať solárnu energetiku:

Nízkonákladové solárne panely: Výrazne znížia cenu solárnej energie a sprístupnia ju širším vrstvám obyvateľstva.
Integrovaná fotovoltaika (BIPV): Možnosť vyrábať budovy, ktoré sú samy osebe energetickými zdrojmi – okná, fasády, strešné škridle.
Flexibilné a prenosné zariadenia: Napájanie nositeľnej elektroniky, senzorov, alebo dokonca textílií.
Tandemové články: Zvýšenie účinnosti existujúcich kremíkových panelov.

Perovskity sú fascinujúcim príkladom, ako nám vedecký výskum, inšpirovaný aj poznaním prírodných kryštalických štruktúr, prináša materiály s prelomovým potenciálom. Sú kľúčovou súčasťou cesty k budúcnosti, kde je energia nielen čistá, ale aj dostupná a efektívna pre každého "lokálneho gazdu" a pre celú spoločnosť.

Ďalšie články

Seriál 3: Inovácie za obzorom: Budúcnosť solárnej technológie (inšpirované biomimikry):