Perowskity – przyszłość fotowoltaiki?

Fotowoltaika przebyła długą drogę, aby stać się popularnym źródłem energii. Energia słoneczna nadal rozwijana, a firmy i naukowcy szukają sposobów, aby była wydajniejsza i tańsza. Już jakiś czas temu usłyszałem o perowskitach i chciałbym się podzielić z wami informacjami o nich! Czym one są? Jakie korzyści przyniosą fotowoltaice? Powiem też co nieco o ich wydajności i o tym, kiedy się pojawią na rynku! 

Czym są perowskity?

Perowskit to minerał występujący w przyrodzie, który ma charakterystyczny układ atomów na podstawie tytanianu wapnia. Minerał ten świetnie pochłania światło słoneczne, robi to lepiej od często stosowanego krzemu i lepiej nawet od arsenku galu. 

Pierwsze perowskity zostały odnalezione w 1838 roku, a ich nazwa wzięła się od mineraloga Lwa Aleksiejewicza Pierowskiego. Patrząc z chemicznego punktu widzenia, perowskity to sole, o ogólnym wzorze ABX3. Mogą występować naturalnie w magmie i skałach, ale wytworzyć je można też w procesie syntezy chemicznej. 

Ogniwa perowskitowe i ich wydajność

Badania nad fotowoltaiką trwają od wielu lat, jednak za sprawą perowskitów może nastąpić tutaj przełom. Ogniwa z warstwą perowskitową, mają produkować o ⅓ energii więcej, w porównaniu do tradycyjnych ogniw krzemowych. Rekord sprawności jaki udało się uzyskać dla paneli fotowoltaicznych z perowskitem wynosił 29,5% (wg. danych na koniec listopada 2020 roku). Badacze ze Stanford, którzy zajmują się tą technologią oświadczyli, że będą starać się dobić do 35% sprawności paneli fotowoltaicznych z perowskitem. To prawie 10 pkt procentowych więcej, niż oferują ogniwa krzemowe! 

Jakie korzyści przyniosą perowskity fotowoltaice? 

Najważniejsza kwestia w tym wszystkim – co dobrego mogą przynieść perowskity w fotowoltaice? Pomijając wspomniany wcześniej skok wydajności, jest jeszcze jedna, bardzo duża zaleta dla fotowoltaiki – cena! Stanford zadeklarował, że cena wyprodukowania ft2 (stóp kwadratowych) ogniwa z perowskitów ma kosztować jedynie 25 centów! Dla porównania wyprodukowanie tradycyjnego ogniwa krzemu kosztuje 2,5 dolara/ft2. Jeśli przełoży się to na obniżenie cen całych instalacji fotowoltaicznych, ten rodzaj energii może być jeszcze bardziej rozchwytywany niż do tej pory, a cena instalacji fotowoltaicznej 4 kW, którą wcześniej opisywałem, może być niższa niż do tej pory! 

Ceny prądu 2021 rosną, a ceny fotowoltaiki spadają. Czy dzięki temu, instalacje fotowoltaiczne zyskają na popularności? 

Perowskity – produkcja seryjna już niebawem?

Uzyskujące świetne wyniki wydajności ogniwa z perowskitami mają trafić na rynek już w tym (2021) roku. Ich niski koszt produkcji oraz wspomniana wysoka wydajność nie gwarantują jednak natychmiastowej seryjnej produkcji. Na przeszkodzie stoi bowiem ich wytrzymałość. Ogniwa te na skutek wilgoci i innych zjawisk atmosferycznych ulegają szybkiej degradacji. Naukowcy ze Stanford pracują nad rozwiązaniami, które mają chronić ogniwa perowskitowe przed czynnikami atmosferycznymi. Nick Rolston (badacz w Stanford) tak komentuje sprawę ogniw perowskitowych:  “Jeśli będziemy w stanie wyprodukować perowskitowy moduł, który przetrwa co najmniej 30 lat, zejdziemy z kosztem produkcji energii poniżej 2 centów/kWh. Przy takiej cenie będziemy wykorzystywać perowskity w przemysłowych elektrowniach fotowoltaicznych, liczących na przykład 100 MW”. 

Perowskity a akcent polski

Polacy mają swój udział w rozwoju technologii fotowoltaicznych związanych z perowskitami. W 2013 roku, Olga Malinkiewicz wymyśliła metodę produkcji ogniw fotowoltaicznych, poprzez powlekanie perowskitów na elastycznych foliach. Rok później nawiązała ona współpracę z Arturem Kupczunasem i Piotrem Krychem tworząc Saule Technologies.

Naniesienie ogniw fotowoltaicznych na folię, dało zupełnie nowe możliwości ich zastosowania. 

Pierwszym rzeczywistym zastosowaniem ogniw perowskitowych było stworzenie ładowarki telefonowej działającej pod sztucznym słońcem. Saule Technologies opracowało już kilka produktów, między innymi rolety fotowoltaiczne czy carpot słoneczny. W przyszłości firma chce, aby fotowoltaika na folii mogła być stosowana wszędzie, w domach, firmach, na samochodach, łodziach czy innych środkach transportu, bo takie właśnie możliwości daje wymyślona przez Olgę Malinkiewicz technologia.  

Wiele czynników wskazuje na to, że ogniwa perowskitowe znów przyspieszą rozwój fotowoltaiki. Pozostaje jednak pytanie, czy infrastruktura energetyczna wytrzyma tak dynamiczny wzrost mocy instalacji?