Στον αγώνα δρόμου για την προώθηση της ηλιακής τεχνολογίας πέρα από τα όρια του πυριτίου και την αστάθεια του περοβσκίτη, ένα νέο ορυκτό έχει εισέλθει στο ηλιακό παιχνίδι.
Οι ιδιότητες του κεστερίτη
Ο κεστερίτης είναι μια ένωση χαλκού, ψευδαργύρου, κασσιτέρου και θείου (CZTS) που δείχνει ότι αυτό που αρχικά θεωρούνταν αδύνατο ηλιακό υλικό μπορεί σίγουρα να αποδειχθεί το μέλλον της βιώσιμης ηλιακής ενέργειας.
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Νέας Νότιας Ουαλίας (UNSW) στην Αυστραλία, με επικεφαλής τον καθηγητή Scientia Xiaojing Hao, έσπασαν το παγκόσμιο ρεκόρ για την απόδοση των ηλιακών κυψελών κεστερίτη, φτάνοντας στο καλύτερο επίπεδο 13,2% σε κυψέλες υψηλού ενεργειακού χάσματος, το οποίο αποτελεί ένα απίστευτο βήμα μπροστά από το προηγούμενο ρεκόρ του 11,4%. Το μυστικό για τέτοιες επιδόσεις είναι φυσικά το υδρογόνο.
Τα πλεονεκτήματα του υλικού
Ο τρόπος με τον οποίο οι ερευνητές πέτυχαν το ρεκόρ ήταν μέσω της παθητικοποίησης με υδρογόνο, μιας τεχνικής κατασκευής που εξουδετερώνει τα μικροσκοπικά ελαττώματα που συνήθως ταλαιπωρούν τα κυψέλες CZTS. Αυτό είναι σημαντικό, καθώς αυτά τα ελαττωματικά κυψέλες μειώνουν την απόδοση του υλικού, καθιστώντας το περισσότερο προβληματικό παρά πολλά υποσχόμενο. Η προσθήκη υδρογόνου στο μείγμα επιτρέπει στο υλικό να συμπεριφέρεται με έναν αινιγματικό τρόπο, μετατρέποντας το ηλιακό φως σε ηλεκτρική ενέργεια πιο αποτελεσματικά από όσο ποτέ θεωρήθηκε δυνατό.
Ο κεστερίτης έχει πολλά πλεονεκτήματα. Τα πλεονεκτήματα του κεστερίτη τείνουν να είναι τόσο στοιχειώδη όσο και η σύνθεσή του, καθώς κατασκευάζεται εξ ολοκλήρου από άφθονα, χαμηλού κόστους και μη τοξικά υλικά, σε αντίθεση με τους περοβσκίτες, οι οποίοι συχνά βασίζονται σε ενώσεις με βάση τον μόλυβδο και υποφέρουν από προβλήματα σταθερότητας. Αντίθετα, το CZTS παρουσιάζει μακροχρόνια ανθεκτικότητα, είναι περιβαλλοντικά ασφαλές και επομένως μπορεί να παραχθεί σε κλίμακα χωρίς να εξαρτάται από στοιχεία σπάνιων γαιών ή ορυκτά σύγκρουσης.
Στις κυψέλες κεστερίτη, με τα υψηλότερα ενεργειακά κενά τους, είναι ιδανικά για στοίβαξη πάνω σε κυψέλες πυριτίου για τη δημιουργία πάνελ πολλαπλών συνδέσεων που συλλαμβάνουν ένα ευρύτερο φάσμα φωτός και ως εκ τούτου το πραγματικό πλεονέκτημα του κεστερίτη μπορεί να φανεί στην ηλιακή του χρήση. Ο κεστερίτης δεν έχει σκοπό να αντικαταστήσει πλήρως το πυρίτιο, αλλά στοχεύει στη βελτίωση της χρήσης του πυριτίου στα πάνελ.
Το μέλλον του κεστερίτη
Μια ομάδα ερευνητών στην Κίνα και τη Μαλαισία προσομοίωσε επίσης ένα καινοτόμο σχέδιο ηλιακού στοιχείου CZTS που ενσωματώνει ένα στρώμα buffer οξειδίου του βολφραμίου (WO₃) και ένα πεδίο οπίσθιας επιφάνειας (BSF) CZTSe. Το αποτέλεσμα ήταν μια θεωρητική απόδοση 29,3%, περισσότερο από το διπλάσιο του τρέχοντος παγκόσμιου ρεκόρ. Οι δοκιμές αποδεικνύουν ότι ο κεστερίτης μπορεί κάλλιστα να ξεπεράσει τους ανταγωνιστές του στα περισσότερα εμπορικά πάνελ πυριτίου.
Μέρος του σχεδιασμού αντικαθιστά το σουλφίδιο του καδμίου (CdS), ένα τοξικό και ακριβό υλικό, με την πολύ ασφαλέστερη και φθηνότερη εναλλακτική λύση - WO₃, χωρίς συμβιβασμούς στην αγωγιμότητα.
Αυτό που κάνει τον κεστερίτη μια πραγματικά συναρπαστική επιλογή είναι το γεγονός ότι δείχνει μια ισορροπία μεταξύ βιωσιμότητας και απόδοσης. Σε αντίθεση με τα πάνελ περοβσκίτη, τα οποία μπορούν να υποβαθμιστούν μέσα σε ένα χρόνο, τα στοιχεία CZTS υπόσχονται πάνω από μια δεκαετία σταθερής λειτουργίας. Η μη τοξική τους φύση τα καθιστά βιώσιμα για εγκατάσταση σε ευαίσθητα περιβάλλοντα, συμπεριλαμβανομένων των στεγών και των απομακρυσμένων χωριών.
www.worldenergynews.gr
