Ogniwa perowskitowe – zastosowanie

Czym jest perowskit?

Perowskity to grupa naturalnych minerałów, których nazwa wzięła się od najważniejszego przedstawiciela z tej grupy – tytanianu(IV) wapnia (CaTiO3). Występuje on w magmie, skałach i jest znany od około 200 lat. Aktualnie pod nazwą perowskit, kryją się również minerały o zbliżonej do tytanianu wapnia strukturze. W dodatku nie muszą mieć one naturalnego pochodzenia, ale i sztuczne, laboratoryjne.

Zaletą perowskitu jest bardzo dobre przewodzenie prądu i pochłanianie światła słonecznego (o długości fali od 300 do 800nm). Jednak dopiero od niedawna naukowcy zaczęli interesować się nim w kontekście otrzymywania taniego prądu z paneli fotowoltaicznych. Czy perowskit ma szansę zrewolucjonizować rynek instalacji PV?

Czy ogniwa perowskitowe są lepsze niż krzemowe?

W ogniwach fotowoltaicznych wykorzystywany jest krzem. To dzięki niemu i jego półprzewodnikowym właściwościom, energia pochodząca ze słońca zamieniana jest w energię elektryczną. Perowskit ma jednak realną przewagę nad popularnym krzemem. Wynika ona z faktu, że jest on w stanie generować prąd nie tylko w słoneczne, ale i w pochmurne dni (a także w zacienionych miejscach). Do produkcji prądu może też wykorzystać sztuczne oświetlenie.

Perowskit jest też giętki i elastyczny. To zupełnie odwrotnie niż sztywne i ciężkie ogniwa krzemowe, które dodatkowo cechuje wysoka kruchość (przez co bardzo łatwo je uszkodzić). Perowskit jest też bardziej tolerancyjny dla światła, padającego na jego powierzchnię pod różnymi kątami. Kąt jego padania nie ma aż tak dużego znaczenia przy produkcji prądu – czyli inaczej niż w przypadku ogniw krzemowych. Ogniwa perowskitowe dorównują oczywiście w swej skuteczności ogniwom krzemowym.

Czym jeszcze wyróżniają się panele z perowskitu?

Zalet tych paneli jest co najmniej kilka. Co więc je wyróżnia?

• sposób produkcji – jest tani, co powinno przełożyć się na ich niższą cenę detaliczną,
• potrzeba mniej energii do ich produkcji – przez co są bardziej przyjazne środowisku,
• są bardzo lekkie i odporne,
• wyróżnia je szeroki zakres montażowy.

Gdzie możemy umieścić panele perowskitowe?

Dowolność zastosowania paneli perowskitu, ich elastyczność i cienka struktura, wynikają między innymi z tego, jak są zbudowane. Otóż są one umieszczane na wyjątkowo cienkiej folii w postaci nadruku, a całość jest laminowana. Dzięki temu można je umieścić niemalże wszędzie oraz nadawać im dowolny kształt i rozmiar:

• na szybach (ogniwo jest półprzezroczyste),
• na karoserii pojazdów,
• na inteligentnych ubraniach,
• na telefonach komórkowych,
• na żaglach łodzi,
• na gadżetach,
• na dachach,
• na balkonach,
• w elektronice użytkowej.

Może to więc być każde miejsce, w którym potrzebne jest źródło prądu, a w którym nie jest możliwe wykorzystanie zwykłych paneli (które do montażu wymagają sztywnej konstrukcji wzmacniającej). Fakt, że ogniwa te są odporne na warunki pogodowe, pozwala na ich wykorzystywane w każdym rodzaju przemysłu. Nic nie stoi na przeszkodzie, aby w przyszłości zagościły też na naszych laptopach czy tabletach.

Ich elastyczność pozwala bowiem nadawać im dowolne kształty, dzięki czemu są w stanie pokryć każdą nietypową powierzchnię. Zwłaszcza taką, która nie może być zbyt mocno obciążona. Panele można też dowolnie przycinać i sklejać. Ich cienka powierzchnia nie ogranicza ich skuteczności w absorbowaniu światła, co jest ich największym atutem. Tak więc, czy potencjalnie idealne ogniwa, zagoszczą na rynku fotowoltaicznym na stałe?

Ogniwa perowskitowe – dlaczego jeszcze ich nie stosujemy?

Tak zwane perowskity mogłyby całkowicie zastąpić tradycyjne panele fotowoltaiczne produkowane z krzemu. Główną barierą jest jednak fakt, że nie jest to jeszcze sprawdzona technologia. Ich produkcja na większą skalę zaczęła się dopiero w 2021 r., w związku z czym system ten nie jest jeszcze doskonały.

Główny problem, jaki jest dziś dostrzegany, wiąże się ze sprawnością oraz żywotnością ogniw perowskitowych. Nadal są one niestety szczególnie podatne na działanie wilgoci oraz tlenu, przez co po pewnym czasie tracą swoje właściwości, nie będąc w stanie pracować tak długo, jak moduły krzemowe. Należy więc albo zastąpić je innymi rodzajami związków perowskitowych, albo odizolować od wilgoci. A to niestety podniesie cenę produkcji lub obniży wydajność ogniw. Ponadto, w ich składzie znajduje się ołów – niebezpieczny dla środowiska. 

Nieustannie prowadzone są jednak badania mające na celu poprawić sprawność ogniw perowskitowych. Mamy także pierwsze sukcesy, do których przyczyniła się nasza rodaczka. W jednym z miast Polski pojawiła się bowiem pierwsza instalacja perowskitowa. Znajduje się ona na pionowej elewacji budynku, a dokładniej na ruchomych lamelach (łamaczach światła chroniących budynek przed silnym słońcem czy wychładzaniem). Jest więc nadzieja, że za jakiś czas usłyszymy o kolejnych postępach, a moduły fotowoltaiczne tego typu staną się powszechnie dostępne.