Τρόποι για να ξεπεράσει ο περοβσκίτης τις ανησυχίες ανθεκτικότητας

Τα εμπορικά ηλιακά πάνελ πυριτίου έχουν συνήθως διάρκεια ζωής μεταξύ 20 και 25 ετών, θέτοντας ένα σημείο αναφοράς για τις ανταγωνιστικές τεχνολογίες φωτοβολταϊκών (Φ/Β).

Για να ανταγωνιστούν στον ίδιο βαθμό, οι εναλλακτικές λύσεις φωτοβολταϊκών πρέπει να έχουν συγκρίσιμη μακροζωία.

Μεταξύ αυτών, το φωτοβολταϊκό με περοβσκίτη έχει συγκεντρώσει σημαντικό ενδιαφέρον από τη βιομηχανία λόγω της υψηλής απόδοσης, της κλιμακούμενης κατασκευής και του σχετικά χαμηλού κόστους υλικών.

Η Maia Benstead (αναλύτρια τεχνολογίας στην ερευνητική εταιρεία συμβούλων IDTechEx με έδρα την Οξφόρδη), εξηγεί τις πιο πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις για τη βελτίωση της ανθεκτικότητας του φωτοβολταϊκού περοβσκίτη.

Σημειώνεται ότι οι προκλήσεις ανθεκτικότητας έχουν καθυστερήσει από καιρό την εμπορευματοποίησή του.

Τώρα, αρκετά πιλοτικά και μικρής εμπορικής κλίμακας ηλιακά έργα περοβσκίτη βρίσκονται σε εξέλιξη, με πολλές εταιρείες να επιτυγχάνουν διάρκεια ζωής πάνελ πάνω από 10 χρόνια και να γεφυρώνουν σταθερά το χάσμα προς τον στόχο των 25 ετών.

Σοβαρές επιπτώσεις της υποβάθμισης

Υπό συνθήκες λειτουργίας, οι φωτοβολταϊκές μονάδες εκτίθενται τακτικά σε ισχυρή ένταση φωτός, υγρασία, βροχή και ακραίες καιρικές συνθήκες. Για να διασφαλιστεί η μακροπρόθεσμη απόδοση, τα ηλιακά πάνελ πρέπει να αντέχουν σε αυτά τα σκληρά περιβάλλοντα με ελάχιστη υποβάθμιση.

Ωστόσο, οι φωτοβολταϊκές συσκευές περοβσκίτη έχουν ιστορικά υποφέρει από προβλήματα σταθερότητας όταν εκτίθενται σε ατμοσφαιρικές συνθήκες, γεγονός που παρεμπόδισε την υιοθέτηση της αγοράς και οδήγησε σε σκεπτικισμό σχετικά με την αξιοπιστία τους.

Ωστόσο, οι εξελίξεις στην επιστήμη των υλικών έχουν βελτιώσει σημαντικά την ανθεκτικότητα των φωτοβολταϊκών από περοβσκίτη, ανοίγοντας το δρόμο για εμπορευματοποίηση.

Η αποικοδόμηση των ηλιακών κυττάρων περοβσκίτη μπορεί να κατηγοριοποιηθεί είτε ως ενδογενής (προέρχεται από ελαττώματα υλικού και μετανάστευση ιόντων) είτε ως εξωγενής (προκύπτει από περιβαλλοντικούς παράγοντες όπως η θερμότητα, η υγρασία, το οξυγόνο και η υπεριώδης ακτινοβολία).

Αμφότεροι οι τύποι υποβάθμισης μπορούν να επηρεάσουν σοβαρά τις ηλεκτρονικές και οπτικές ιδιότητες της κυψέλης, αλλάζοντας τη χημεία της και προκαλώντας δομικές αλλαγές στο φιλμ περοβσκίτη.



Για να ενισχύσουν τη μακροπρόθεσμη ανθεκτικότητα, οι ερευνητές έχουν επικεντρωθεί στη βελτίωση της εγγενούς σταθερότητας μέσω της μηχανικής υλικών. Αυτό περιλαμβάνει την αλλαγή των χημικών συνθέσεων για την αύξηση της αντίστασης στη μετανάστευση ιόντων, την ενίσχυση της σταθερότητας των κρυστάλλων και τη μείωση της πυκνότητας του ελαττώματος.  

Ενώ αυτές οι τροποποιήσεις βελτιώνουν τη σταθερότητα, μπορεί επίσης να αλλάξουν τις οπτικές ιδιότητες και να μειώσουν την απορρόφηση φωτός.

Ενθυλάκωση υψηλής ποιότητας ως αποτελεσματικό μέτρο

Η ενθυλάκωση υψηλής ποιότητας παραμένει η πιο αποτελεσματική στρατηγική για την ενίσχυση της ανθεκτικότητας των φωτοβολταϊκών από περοβσκίτη, διατηρώντας παράλληλα υψηλή απόδοση μετατροπής ισχύος (PCE).

Η ενθυλάκωση γυαλιού (καθιερωμένη μέθοδος που χρησιμοποιείται στα ηλιακά πάνελ πυριτίου), παρέχει ισχυρή προστασία σφραγίζοντας το στοιχείο μεταξύ 2 στρωμάτων γυαλιού.

 Αυτή η προσέγγιση είναι ιδιαίτερα κατάλληλη για άκαμπτες διαδοχικές συσκευές περοβσκίτη/πυριτίου, όπου έχει ήδη επιδείξει δεκαετίες προβλεπόμενης αντοχής για χρήση σε παραδοσιακούς ηλιακούς συλλέκτες πυριτίου.

Τα υλικά ενθυλάκωσης πολυμερών έχουν μελετηθεί εκτενώς και είναι εμπορικά διαθέσιμα για χρήση σε συσκευές OLED.

Διάρκεια ζωής  

Τα ηλιακά πάνελ πυριτίου οικιακής χρήσης έχουν συνήθως απόδοση επένδυσης (ROI) 8-12 ετών έναντι της διάρκειας ζωής τους από 20 έως 25 χρόνια.

Εάν το ROI είναι πολύ χαμηλότερο από τη διάρκεια ζωής της τεχνολογίας, τότε η ανθεκτικότητα του περοβσκίτη μπορεί να μην δημιουργεί τόσο μεγάλο πρόβλημα.

Εταιρείες όπως η Power Roll έχουν αναπτύξει μια νέα αρχιτεκτονική συσκευών που είναι συμβατή roll-to-roll με σημαντικά μειωμένο κόστος κατασκευής σε σύγκριση με την ηλιακή ενέργεια πυριτίου.

Οι μονάδες τους έχουν προβλεπόμενη διάρκεια ζωής 10-15 ετών, με την εταιρεία να στοχεύει σε απόδοση επένδυσης 2 έως 3 ετών, καθιστώντας τα μια ελκυστική εναλλακτική λύση για τις ταχέως αναπτυσσόμενες τεχνολογικές αγορές.

Τελικά, η σταθερότητα του περοβσκίτη μπορεί να μην είναι τόσο περιοριστική στην εμπορευματοποίηση όσο πιστεύαμε κάποτε.

Αρκετά Φ/Β προϊόντα περοβσκίτης είναι ήδη διαθέσιμα, με περαιτέρω επέκταση της αγοράς στον ορίζοντα.

www.worldenergynews.gr