Cristalele perovskite ar putea sta, in viitor, la baza energiei regenerabile ieftine.
Oamenii de stiinta australieni au produs pentru prima data o noua generatie de celule de energie solara experimentale, care au trecut standardele de testare stricte pentru umiditate si caldura ale Comisiei Electrotehnice Internationale.
Descoperirile cercetarii – un pas important catre viabilitatea comerciala a celulelor solare perovskite – au fost publicate la jumatatea lunii mai in publicatia Science.
Sistemele de energie solara sunt raspandite in prezent atat la nivelul industriei, cat si la nivelul locuintelor casnice. Majoritatea sistemelor actuale se bazeaza pe silicon pentru a transforma lumina solara in energie utila.
Cu toate acestea, rata de conversie a energiei oferita de siliconul din panourile solare actuale este aproape de a-si atinge limitele naturale. Astfel, oamenii de stiinta au explorat noi materiale care pot fi suprapuse peste silicon, astfel incat sa poata imbunatati ratele de conversie a energiei.
Unul dintre cele mai promitatoare materiale pana la acest moment este un perovskit halogen metalic, care poate chiar depasi siliconul pe cont propriu.
“Perovskitele sunt o perspectiva extrem de promitatoare pentru sistemele energetice solare”, spune profesorul Anita Ho-Baillie, noul presedinte al Institutului John Hook pentru Nanonstiinta la Universitatea din Sydney. “Vorbim despre un material foarte ieftin, de 500 de ori mai subtire decat siliconul si, de aceea, flexibil si ultra usor. De asemenea, perovskitele au proprietati fantastice de favorizare a energiei si rate ridicate de conversie solara”.
In forma experimentala, ultimii 10 ani au adus performante din ce in ce mai bune ale celulelor perovskite de la niveluri scazute pana la capacitatea de a transforma 25.2% din enegia solara in electricitate, comparativ cu ratele de conversie ale celulelor de silicon, care au avut nevoie de 40 de ani pentru a fi obtinute.
Cu toate acestea, celulele perovskite neprotejate nu sunt la fel de durabile ca celulele pe baza de silicon, astfel incat nu sunt inca viabile din punct de vedere comercial.
“Celulele perovskite vor trebui sa fie suprapuse peste standardele comerciale actuale. Acest lucru face ca cercetarea noastra sa fie extrem de interesanta. Am aratat ca putem imbunatati drastic stabilitatea lor termica”, a spus profesorul Ho-Baillie.
Cercetatorii au facut asta suprimand descompunerea celulelor perovskite prin utilizarea unei paturi simple polimer-sticla, la costuri scazute.
Cercetarea a fost condusa de profesorul Ho-Baillie, care s-a alaturat Intitutului Nano de la Universitatea din Sydney. Autorul principal dr Lei Shi a efectuat lucrarea experimentala in grupul de cercetare al doctorului Ho-Baillie de la Scoala de Inginerie pentru Energie Regenerabila si Fotovoltaica de la Universitatea New South Wales, unde Ho-Baillie a ramas profesor asistent.
In conditiile expunerii continue la soare si la alte elemente climatice, panourile solare au parte de caldura si umiditate extrema. Experimentele au aratat ca, supuse la un astfel de stres, celulele perovskite neprotejate devin instabile, emanand gaz din structura lor.
“Intelegerea acestui proces, numit “degazare”, este o parte fundamentala a stradaniei noastre de a dezvolta aceasta tehnologie si de a-i imbunatati durabilitatea”, a spus profesorul Ho-Baillie.
“Intotdeauna am fost interesata de explorarea modului in care celule solare perovskite pot fi incorporate in ferestrele termice izolate, precum ferestrele cu geam duplex. Asadar, trebuie sa cunoastem proprietatile de degazare ale acestor materiale”.
Solutia low-cost
Pentru prima data echipa de cercetare a folosit metoda cromatografiei gazului – spectometria de masa (GC-MS), pentru a identifica produsele volatile si caile de descompunere a perovskitelor hibride stresate termic, folosite in mod obisnuit in celule de inalta performanta. Folosind aceasta metoda, ei au descoperit ca un strat low-cost polimer – sticla cu un sigiliu etans a fost eficient in suprimarea degazarii perovskitelor, procesul care duce la descompunere.
Supuse standardelor stricte internationale de testare, celulele la care a lucrat echipa au depasit asteptarile.
“Un alt rezultat interesant al cercetarii noastre este acela ca am putut stabiliza celulele perovskite in conditiile dificile de mediu din cadrul testarii Comisiei Electrotehnice Internationale. Celulele nu au trecut doar testele de ciclare termica, ci au depasit in plus si cerintele solicitante ale testelor de caldura umeda si umiditate – inghet”, a spus profesorul Ho-Baillie.
Cu ajutorul acestor teste s-a putut stabili daca modulele de celule solare pot suporta efectele conditiilor de functionare in aer liber expunandu-le la ciclari repetate de temperatura, intre -40 de grade si 85 de grade, ca si expunerea la o umiditate relativa de 85%.
In mod deosebit, celulele solare perovskite au supravietuit la peste 1800 de ore in cadrul testului Caldura umeda al IEC si la 75 de cicluri in cadrul testului Umiditate – Inghet, depasind pentru prima data cerintele standardului IEC1215:2016.
“Ne asteptam ca aceasta lucrare sa contribuie la progresele privind stabilizarea celulelor solare perovskite, crescadu-le astfel perspectivele legate de comercializare” a mai spus profesorul Ho-Baillie.
Foto: freepik
