Σχετικά Άρθρα
Ηλιακά πάρκα στην Αγγλία «διώχνουν» τις νυχτερίδες: Μείωση έως 86% της δραστηριότητάς τους κοντά στα πάνελ
Μια σημαντική εξέλιξη στον τομέα των εύκαμπτων φωτοβολταϊκών τεχνολογιών παρουσιάζει δημοσίευμα του Interesting Engineering, σύμφωνα με το οποίο ερευνητική ομάδα με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο Southeast και το Πανεπιστήμιο Soochow στην Κίνα ανέπτυξε μια μέθοδο που βελτιώνει την απόδοση και την ανθεκτικότητα των ηλιακών κυψελών περοβσκίτη. Η καινοτομία αντιμετωπίζει ένα βασικό πρόβλημα της διαδικασίας παραγωγής, επιτρέποντας την κατασκευή εύκαμπτων φωτοβολταϊκών με υψηλή απόδοση και μεγαλύτερη αντοχή σε απαιτητικές συνθήκες θερμοκρασίας και υγρασίας.
Νέο χημικό πρόσθετο αντιμετωπίζει το πρόβλημα στην κατασκευή
Η παραγωγή εύκαμπτων φωτοβολταϊκών κυψελών περοβσκίτη απαιτεί την ταυτόχρονη εναπόθεση δύο κρίσιμων στρωμάτων: ενός εξαιρετικά λεπτού μοριακού στρώματος μεταφοράς φορτίου, γνωστού ως αυτοσυναρμολογούμενο μονομοριακό στρώμα (SAM), και του στρώματος περοβσκίτη που απορροφά το ηλιακό φως.
Κατά τη συμβατική διαδικασία κατασκευής, τα μόρια των δύο στρωμάτων αλληλεπιδρούν υπερβολικά έντονα, με αποτέλεσμα να μην οργανώνονται σωστά πάνω στην εύκαμπτη επιφάνεια. Αυτό οδηγεί σε ανομοιομορφίες, δομικές ατέλειες και μειωμένη αντοχή των φωτοβολταϊκών συσκευών, ιδιαίτερα όταν εκτίθενται σε υψηλές θερμοκρασίες και υγρασία.
Για να ξεπεράσουν το πρόβλημα, οι ερευνητές εισήγαγαν ένα ειδικά σχεδιασμένο μόριο αποσύζευξης, το οποίο λειτουργεί ως χημικός ρυθμιστής των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των υλικών. Το πρόσθετο περιλαμβάνει ιόντα αμμωνίου, ιόντα ιωδίου και δύο σουλφονικές ομάδες, σχηματίζοντας ισχυρούς δεσμούς με τη δομή του περοβσκίτη και περιορίζοντας τις ανεπιθύμητες αντιδράσεις κατά την εναπόθεση.
Η συγκεκριμένη τεχνική, που ονομάζεται «αποσυζευγμένη συν-εναπόθεση» (decoupled co-deposition), επιτρέπει στα μόρια του στρώματος μεταφοράς φορτίου να προσκολλώνται αποτελεσματικότερα στην εύκαμπτη βάση, ενώ παράλληλα καθοδηγεί την ανάπτυξη των κρυστάλλων του περοβσκίτη και περιορίζει τις ατέλειες. Με αυτόν τον τρόπο, βελτιώνεται η ομοιομορφία των στρωμάτων και δημιουργούνται προϋποθέσεις για πιο αξιόπιστη παραγωγή σε μεγαλύτερη κλίμακα.
Απόδοση έως 26,86% και αντοχή σε ακραίες συνθήκες
Τα αποτελέσματα των δοκιμών ήταν ιδιαίτερα ενθαρρυντικά. Οι μικρής επιφάνειας εύκαμπτες φωτοβολταϊκές κυψέλες πέτυχαν πιστοποιημένη από ανεξάρτητο φορέα απόδοση μετατροπής ισχύος 26,86%. Παράλληλα, η ερευνητική ομάδα κατέγραψε υψηλές αποδόσεις και σε μεγαλύτερες διαστάσεις φωτοβολταϊκών μονάδων.
Συγκεκριμένα, οι αποδόσεις διαμορφώθηκαν σε 22,31% για πάνελ διαστάσεων 5 × 5 εκατοστών, 20,63% για πάνελ 10 × 10 εκατοστών και 20,15% για μεγαλύτερα φύλλα διαστάσεων 30 × 30 εκατοστών. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η μέθοδος μπορεί να διατηρήσει υψηλές επιδόσεις ακόμη και όταν η τεχνολογία μεταφέρεται από μικρές κυψέλες σε μεγαλύτερες φωτοβολταϊκές επιφάνειες.
Ιδιαίτερη σημασία έχει και η σταθερότητα των συσκευών σε συνθήκες παρατεταμένης καταπόνησης. Σύμφωνα με τη μελέτη, μια εύκαμπτη φωτοβολταϊκή μονάδα επιφάνειας 25 τετραγωνικών εκατοστών διατήρησε το 92,5% της αρχικής απόδοσής της, η οποία ανερχόταν σε 22%, έπειτα από 1.044 ώρες λειτουργίας υπό συνεχή παρακολούθηση του σημείου μέγιστης ισχύος (MPP), σε θερμοκρασία 85°C και σχετική υγρασία 65%.
Οι μονάδες υποβλήθηκαν επίσης σε κύκλους θερμικής καταπόνησης, από πολύ χαμηλές έως ιδιαίτερα υψηλές θερμοκρασίες, ενώ πέρασαν τη σειρά δοκιμών σταθερότητας του διεθνούς προτύπου IEC 63163, σύμφωνα με τους ερευνητές.
Η εξέλιξη αυτή δημιουργεί προοπτικές για την ανάπτυξη εύκαμπτων φωτοβολταϊκών που θα μπορούν να ενσωματώνονται σε επιφάνειες όπου τα συμβατικά, άκαμπτα πάνελ δεν είναι πρακτικά, όπως οχήματα, ελαφριές κατασκευές και φορητά ενεργειακά συστήματα. Ωστόσο, η ευρεία εμπορική αξιοποίηση θα εξαρτηθεί από την περαιτέρω κλιμάκωση της παραγωγής, το κόστος κατασκευής και την επιβεβαίωση της μακροχρόνιας αντοχής σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας.
Στα επόμενα βήματα, η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει να βελτιώσει περαιτέρω τα μόρια αποσύζευξης, να ενσωματώσει αρχιτεκτονικές φωτοβολταϊκών κυψελών tandem και να εξελίξει τη διαδικασία παραγωγής με τεχνικές συνεχούς εκτύπωσης roll-to-roll. Στόχος είναι η μετάβαση από τα εργαστηριακά αποτελέσματα σε βιομηχανική παραγωγή εύκαμπτων φωτοβολταϊκών υψηλής απόδοσης και αυξημένης αξιοπιστίας.
www.worldenergynews.gr
