kategória: Najlepšie články » Zaujímavé elektrické správy
Počet zobrazení: 24277
Komentáre k článku: 1
Solárne panely z perovskitu
Látka, ktorú vedci poznajú viac ako sto rokov, len dnes, na začiatku XXI. Storočia, sa ukázala ako veľmi sľubný materiál na výrobu lacných a účinných solárnych článkov. Perovskit alebo titaničitan vápenatý, prvýkrát nájdený vo forme minerálu nemeckým geológom Gustavom Rosom v pohorí Ural v roku 1839 a pomenovaný po grófovi Levovi Alexandrovi Perovskom, slávnom štátnikovi a zberateľovi minerálov, sa stal hrdinom vlasteneckej vojny z roku 1812 úloha alternatívy k kremíku pri výrobe solárnych článkov.
Ako látka sa donedávna titaničitan vápenatý často používal iba ako dielektrikum pre viacvrstvové keramické kondenzátory. A teraz sa ho snažia aplikovať na výrobu vysoko účinných solárnych panelov, pretože sa ukázalo, že tento materiál dokonale absorbuje svetlo.
Bežné, dlhé tradičné kremíkové solárne panely pri hrúbke 180 mikrónov absorbujú toľko svetla, koľko perovskitu absorbuje pri hrúbke iba 1 mikrón. Perovskit je, rovnako ako kremík, polovodičom a prenáša elektrický náboj rovnakým spôsobom pod vplyvom svetla, ale spektrum svetla prevádzaného na elektrinu v perovskite je širšie ako spektrum kremíka.
Štruktúra kryštalickej látky titaničitanu vápenatého je identická so štruktúrou perovskitového minerálu, preto je ich názov rovnaký. A práve táto látka je dnes na poprednom mieste v rebríčku optimalizačných ciest pre solárnu energiu.
Ide o to, že solárne panely na báze kremíka dnes stoja v priemere 75 centov na 1 kW a solárne panely na báze perovskitu znížia svoje náklady na 10 až 15 centov na 1 kW, čo je solárna technológia perovskitu za 5-7 krát lacnejšie ako kremík pri výrobe batérií a pri ich prevádzke a množstvo vyrobenej elektriny je rovnaké.
A to aj napriek tomu, že analytici v energetickom priemysle tvrdia, že solárna energia sa už za cenu 50 centov na 1 kW stáva konkurencieschopnou s fosílnymi palivami. To znamená, že prechod na perovskit v globálnom meradle niekoľkokrát zníži náklady na výrobu elektrickej energie, zatiaľ čo samotný výrobný proces panelov bude veľmi jednoduchý.
Štúdie zamerané na hodnotenie a zlepšenie účinnosti solárnych článkov na báze perovskitu sa uskutočňujú v mnohých krajinách: v Austrálii, Martin Green, vo Švajčiarsku, Michael Gretzel, v USA, Henry Saint Saint, Felix Deshler, Leaming Day a Kórea Sok Sang Il. Vedci jednomyseľne deklarujú nízke náklady a vysokú účinnosť sľubnej technológie.
Michael Gretzel tvrdí, že jeho účinnosť 15% sa dá ľahko zvýšiť na 25%, a lacné solárne články zo súčasných dostupných zdrojov nedosahujú 15%. Prvýkrát, keď v roku 2009 hovorili len o možnostiach využitia perovskitu na slnečnú energiu, sa dosiahla účinnosť 3,5% a články boli krátkodobé, pretože tekutý elektrolyt rozpustil perovskit a hneď ako mali vedci čas na meranie, batéria prestala fungovať.
Po troch rokoch bol však tekutý elektrolyt nahradený pevným a bunky sa stali stabilnejšie a účinnosť sa najskôr zdvojnásobila a potom sa znova zdvojnásobila. Niekoľko elektricky vodivých substrátových vrstiev, z ktorých jedna bola potiahnutá pigmentom, problém vyriešilo a otvorilo vyhliadku. Kroky na zlepšenie účinnosti sa nekončia dodnes, vedci okrem iného používajú štandardné optimalizačné metódy, ktoré slúžili na zlepšenie prekurzorov kremíka.
Michael Gretzel je presvedčený, že 25% účinnosť povedie k revolúcii v slnečnej energii.Profesor z Austrálie, Martin Green, jeden z priekopníkov vo výskume, tvrdí, že batérie neobsahujúce kremík sa vyrábajú tak jednoducho a efektívne, že existuje istota, že budúcnosť solárnych panelov na Perovskite je jasná, pretože predbežné odhady už predpovedajú obrovské zníženie ceny - na 7 čas.
Skupina vedcov z Kórey, ktorú viedol Sok Sang Il, vyvinula svoj vlastný vzorec zmiešaním olovnatého bromidu amónneho a jodidu olovnatého formamidínu, vedci dosiahli takú perovskitovú štruktúru, že stanovili rekordnú účinnosť 17,9%. Použitie zmesi umožní tlač solárnych článkov a ich cena sa ďalej zníži. Problém zostáva - materiál sa rozpúšťa vo vode, navyše, veľkosť buniek pri testoch nepresiahla 10 štvorcových mm, takže výskum pokračuje.
Zdá sa, že proces výroby solárnych článkov perovskitu je pomerne jednoduchý. Kvapalina sa jednoducho nastrieka na povrch alebo sa aplikuje vo forme pary, ktorá sa technologicky veľmi ľahko realizuje. Na kovovú fóliu alebo sklo sa nanáša niekoľko vrstiev materiálov, z ktorých jedna je perovskit.
Na uľahčenie pohybu elektrónov v prvku sú tu potrebné ďalšie materiály. Výrobný proces je takmer ideálny. Fyzik Oxfordskej univerzity Henry Saint, ktorý pracuje na vývoji perovskitových buniek v Spojených štátoch, je presvedčený, že vrstvy solárneho panela sa budú nanášať rovnako ľahko ako s bežným náterom na povrchu.
Napriek novým perspektívam boli vedci rozdelení do dvoch táborov. Prvý z nich obhajuje vylepšenie kremíkových batérií, ktoré sa už stali tradičnými, zatiaľ čo ostatné obhajujú vytvorenie úplne nových, účinnejších batérií. Martin Green sa preto domnieva, že perovskit možno použiť ako doplnok k kremíkovým batériám kombináciou kremíka s perovskitom, a tak znížiť náklady na watt vyrobenej elektrickej energie bez výrazných strát pre kremíkový priemysel. Michael Gretzel je naopak presvedčený, že nový vývoj je dôležitý a náklady na zvýšenie účinnosti nových fotobuniek sa mnohokrát vyplatia.
Mnoho spoločností už pracuje na komerčnej implementácii produktu, pretože napriek skutočnosti, že možnosti perovskitu sa ešte len začínajú realizovať, vedúci odborníci v oblasti solárnej energie už upriamili svoju pozornosť na budúcnosť. Austrálske a turecké spoločnosti sa aktívne priblížili komercializácii solárnych panelov perovskitu a podľa predpovedí sa do roku 2018 predstavia na svetovom trhu.
Napriek optimizmu niektorých spoločností skúsenosti ukazujú, že zvyčajne trvá desať rokov, kým sa nová technológia dostane z laboratória na trh, a počas tejto doby môžu kremíkové batérie predstihnúť perovskit. Gretzel, mimochodom, predáva licenciu na nové technológie spoločnostiam, ktoré majú v úmysle nasledovať tradičný spôsob kremíka.
Konkurencia na trhu so solárnou energiou je tiež vysoká a každý nový hráč sa s ňou stretáva. Náklady na kremíkové panely sa znižujú a podľa niektorých analytikov môžu klesnúť na 25 centov na 1 kW, čo úplne zbavuje výhody technológie perovskitu.
Problémom zostáva prítomnosť malého množstva olova v pigmente, ktorý je toxický. Pripravujú sa experimentálne štúdie, ktoré odhalia, aký toxický je perovskit. Je potrebné venovať pozornosť likvidácii použitých batérií, ako je tomu v prípade štartovacích automobilových batérií. V zásade sa však namiesto olova môže použiť cín alebo niečo podobné.
Medzitým vedci z Ohia pod vedením Leaming Dai začali elektrifikovať elektrické autá pomocou solárnych panelov perovskitu. Vyvinuli najvýhodnejšiu kombináciu solárnych panelov s elektrickými autobatériami ako kedykoľvek predtým.
Pripojením štyroch perovskitových batérií k lítiovej batérii vedci dosiahli účinnosť 7,8% v doteraz najúčinnejšej konfigurácii, ktorá prekonala predchádzajúce riešenia na kombináciu solárnych článkov so superkondenzátormi a batériami.
Viacvrstvové panely zvyšujú hustotu a stabilitu energie prijímanej zo slnka. Testy ukázali, že tri vrstvy perovskitu sa v prípade potreby transformujú do jedného filmu. S jednobunkovou plochou nepresahujúcou 10 štvorcových mm dosiahli výskumníci účinnosť 12,65% konvertora veľkosti mince, avšak pri zohľadnení premeny a ukladania energie bola účinnosť v cyklickom režime 7,8%.
Takéto systémy budú podľa vývojárov v budúcnosti schopné nabíjať nielen elektrické autá, ale budú inštalované aj vo forme pružného filmu na karosérie. Táto technológia sa zdá byť ideálna pre elektrické vozidlá.
Pozoruhodná je schopnosť perovskitu znovu sa uvoľniť. Vedec z University of Cambridge, Felix Deschler, zistil, že perovskit má jedinečnú vlastnosť. Keď svetlo vstúpi do materiálu, fotónová energia sa nielen premení na elektrinu, ale časť náboja sa premení späť na fotóny.
Ak panel dokáže tieto fotóny opätovne použiť, zhromaždená energia bude ešte väčšia. Deshlerova skupina uskutočnila experiment, v ktorom sa laserový lúč sústredil na 0,5 mikrometrovú sekciu perovskitu a svetlo sa znova emitovalo inde vo vzorke. Napríklad kremík nemá schopnosť prenášať energiu vo svojom vnútri a znova ju vyžarovať.
Vyhliadky na perovskit sú teda obrovské a kto vie, môže to byť práve v čase, keď bude každý dom a každé auto vybavené perovskitovými batériami, pretože sa stane ekonomicky nerentabilným a neodporúča sa znečisťovať životné prostredie produktmi spaľovania fosílnych palív.
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: