Nadchodzi nowa generacja paneli fotowoltaicznych. Grafen i perowskity ułatwią tworzenie wytrzymalszych i wydajniejszych ogniw

Era klasycznych krzemowych paneli fotowoltaicznych powoli dobiega końca. Inżynierowie pracują nad panelami kolejnej generacji, które dzięki wykorzystaniu nowych materiałów będą działać z wyższą wydajnością oraz będą bardziej odporne na warunki atmosferyczne. W kręgu zainteresowania innowatorów znajdują się panele perowskitowe. W Polsce powstaje pierwsza na świecie fabryka perowskitowych ogniw, a naukowcy z całego świata pracują nad poprawą ich wydajności i rozwiązaniem problemu szybkiej degradacji. Nadzieję na osiągnięcie tego celu daje grafen.

W przeciwieństwie do tradycyjnych ogniw słonecznych na bazie krzemu te perowskitowe są elastyczne, lekkie, ultracienkie i częściowo transparentne. Mogą wydajnie pracować nawet przy niepełnym naświetleniu, co zwiększa ich wydajność, ale też liczbę zastosowań. Głównym problemem paneli fotowoltaicznych z perowskitu jest jednak dość szybka degradacja w warunkach naturalnych.

Naukowcy z Ulsan National Institute of Science and Technology opracowali nową elektrodę, która może potencjalnie poprawić stabilność perowskitowego ogniwa słonecznego. Wysokowydajna, elastyczna i przezroczysta elektroda na bazie metalu ma dodatkową warstwę grafenu o doskonałej nieprzepuszczalności. Zjawisko rozkładu wywoływanego metalami, które zostało zidentyfikowane jako chroniczny problem perowskitowych ogniw słonecznych na bazie metalowej elektrody, zostało w ten sposób wyeliminowane, co ma skutecznie poprawić stabilność ogniw.

– Przygotowany przez nas dokument pokazuje, że wstawienie warstwy ochronnej między elektrodą na bazie metalu a folią perowskitową może zapobiec degradacji wywoływanej metalem i że warstwa grafenu może skutecznie tłumić dyfuzję metali i jonów halogenków – wskazuje autor badania Gyujeong Jeong z południowokoreańskiego Ulsan National Institute of Science and Technology.

Jednym z pionierów w projektowaniu perowskitowych ogniw fotowoltaicznych jest polska firma Saule Technologies założona przez Olgę Malinkiewicz. W ostatnim czasie rozpoczęła sprzedaż m.in. garażu słonecznego Solar Carport, autonomicznej stacji ładowania samochodów elektrycznych. Obecnie we Wrocławiu powstaje pierwsza na świecie fabryka perowskitowych ogniw słonecznych, budowana właśnie przez Saule Technologies.

Elastyczne elektrody opracowane przez zespół koreańskich naukowców z UNIST mogą stanowić podwaliny do wypracowania ogniw fotowoltaicznych nowej generacji, które przy niskim koszcie produkcji zapewnią wysoką wydajność. Wstępne badania dowiodły, że po 1000 przepracowanych godzinach panele charakteryzują się wysoką, 97,5-proc. sprawnością. A po 5 tys. testów zginania ich wydajność spadła zaledwie o 6 proc.

– Nowa metoda znacznie poprawiła zarówno wydajność, jak i stabilność perowskitowych ogniw fotowoltaicznych – podkreśla prof. Hyesung Park z Ulsan National Institute of Science and Technology. – Prace te stanowią skuteczną strategię projektowania wytrzymałych mechanicznie i chemicznie niezawodnych, wolnych od drogiego tlenku indowo-cynowego (ITO), przezroczystych folii przewodzących wspomaganych metalem w perowskitowych ogniwach fotowoltaicznych.

Tymczasem potencjał grafenu w fotowoltaice doceniła także polska firma Euro Com Project, autorzy wysokosprawnych ogniw fotowoltaicznych bazujących na elektrodach grafenowych. Ich opatentowana technologia PVGRAF pozwala zauważalnie zwiększyć wydajność paneli m.in. w regionach mocno nasłonecznionych, narażonych na wysokie temperatury, w których klasyczne panele wykazują się niską efektywnością.

Według analityków Allied Market Research wartość rynku paneli fotowoltaicznych w 2026 roku wyniesie 223,3 mld dol. i wykaże średnioroczny wskaźnik wzrostu na poziomie 20,5 proc.