Nove raziskave laboratorija na oddelku za energetiko na Ameriškem ministrstvu za energijo (U.S. Department of Energy) kažejo, da bi lahko bile perovskite sončne celice naslednje generacije veliko cenejše in veliko bolj učinkovite kot katerekoli druge, ki so trenutno na voljo danes.
Zemeljski plin in premog pri pridobivanju električne energije še vedno igrata ključno vlogo, kljub prizadevanjem za vse večjo uveljavitev pridobivanja električne energije preko sončnih celic.
Perovskit kot alternativa silicijevim solarnim panelom
Pri učinkovitosti sončnih celic je silicij še vedno zlati standard, medtem ko strošek nakupa teh sončnih panelov še vedno predstavlja pomemben razlog, ki kupce odbija. Če bi se oblikovala cenejša fotonapetostna alternativa, bi se hitrost prehoda na obnovljivo energijo lahko precej pospešila.
Pri tem Ameriško ministrstvo za energijo (U.S. Department of Energy) stavi na razred sintetičnih kristalnih materialov, imenovanih perovskiti. V upanju na veliki preboj, že zadnjih nekaj let redno poročajo, do katerih izboljšav učinkovitosti sončnih celic perovskita prihaja. Resne raziskave perovskitnih sončnih celic so se sicer začele leta 2009 s samo 3-odstotno učinkovitostjo pretvorbe, slednja pa je do sedaj (že) na 25 %. Enajst let raziskav in izboljšav se morda zdi veliko, vendar je na tem področju to praktično zanemarljivo. Za boljšo predstavo – prvo komercialno silicijevo fotonapetostno napravo je sicer razvilo podjetje Bell Labs že leta 1954. Danes, že več kot 60 let kasneje, komercialni silicij dosega komaj 25% obseg.
Učinkovitost sončne pretvorbe je način merjenja tega, kako dobra je sončna celica pri pretvorbi svetlobe v električno energijo. 100 % je praktično nemogoče, raziskovalci pa so izračunali, da »pretvorba« na podlagi silicija doseže do približno največ 30 %.
Zakaj so perovskite sončne celice tako pomembne?
Izraza perovskit in perovskitska struktura se pogosto uporabljata izmenično. Tehnično je perovskit vrsta minerala, ki je bila najprej najdena na Uralskem gorovju in poimenovana po Levu Perovskem (ki je bil ustanovitelj Ruskega geografskega društva). Struktura perovskita je vsaka spojina, ki ima enako strukturo kot perovskitni mineral.
Obstajata dva ključna grafa, ki prikazujeta, zakaj so perovskitne sončne celice v kratkem času od leta 2012 pritegnile tako pomembno pozornost. Prvi od teh grafov prikazuje učinkovitost pretvorbe energije perovskita v zadnjih letih, v primerjavi z nastajajočimi fotovoltaičnimi raziskovalnimi tehnologijami, in tradicionalnimi tankoplastnimi fotonapetostmi.
Graf 1 prikazuje meteorski dvig v primerjavi z večino drugih tehnologij v razmeroma kratkem času. V štirih letih njihovega prodora so bile perovskitske sončne celice enakovredne učinkovitosti kadmijevega telurida (CdTe), ki obstaja že več kot 40 let. Poleg tega so od junija 2018 presegli vse druge tehnologije s tankim filmom in tehnologijo brez koncentriranja – vključno s CdTe in bakrovim indijevim galijevim selenidom (CIGS). Čeprav je mogoče trditi, da je v zadnjih nekaj letih na voljo več virov in boljša infrastruktura za sončne celice, je dramatično povečanje učinkovitosti sončnih celic perovskita še vedno neverjetno veliko in impresivno.
Drugi ključni diagram prikazuje napetost odprtega kroga v primerjavi z razponom pasu za vrsto tehnologij, ki tekmujejo s perovskiti. Ta graf prikazuje, koliko energije fotona se izgubi v procesu pretvorbe iz svetlobe v elektriko. Za standardne organske sončne celice, ki temeljijo na eksitonski, lahko ta izguba doseže 50 % absorbirane energije, medtem ko perovskitne sončne celice redno presegajo 70 % izkoristek fotonske energije in imajo potencial, da se še povečajo.
To se približuje vrednostim najsodobnejših tehnologij (kot je GaAs → galijev arzenid), vendar po bistveno nižjih stroških. Sončne celice iz kristalnega silicija, ki so po učinkovitosti in stroških verjetno najbližje primerjalniku perovskitom, so že do 1000-krat cenejše od najsodobnejših GaAs. Perovskiti imajo potencial, da postanejo še cenejši od tega.
»Ko sončna svetloba pride do sončne celice, fotoni v absorpcijskem materialu ustvarijo nosilce naboja – elektrone in luknje. Sončne celice hitro pretvorijo energijo nosilcev naboja v električno energijo, preden se ta izgubi kot odpadna toplota. Preprečevanje toplotnih izgub je velik izziv za te sončne celice, ki bi lahko bile dvakrat učinkovitejše od običajnih sončnih celic,« pravijo na ORNL (Oak Ridge National Laboratory).
Dodajajo še: »Učinkovitost pretvorbe običajnih perovskitnih sončnih celic se je izboljšala s 3% v letu 2009 na več kot 25% v letu 2020. Dobro zasnovana naprava iz perovskita bi lahko dosegla teoretično učinkovitost pretvorbe, ki se približuje 66 %«.
Preberite še: sončna elektrarna za samooskrbo: cena, izračun in subvencije
Novinarka
