Καθώς η παγκόσμια ζήτηση για καθαρότερες και πιο αποδοτικές πηγές ενέργειας εντείνεται, η ηλιακή ενέργεια παραμένει μια από τις πιο πολλά υποσχόμενες λύσεις. Ωστόσο, ακόμη και καθώς η φωτοβολταϊκή τεχνολογία εξελίσσεται, οι μηχανικοί συνεχίζουν να αναζητούν μια ισορροπία μεταξύ απόδοσης, σταθερότητας και κόστους.
Τα ηλιακά στοιχεία περοβσκίτη/πυριτίου
Μεταξύ των αναδυόμενων υποψηφίων, τα ηλιακά στοιχεία περοβσκίτη/πυριτίου (TSC) έχουν τραβήξει την προσοχή για τις δυνατότητές τους να ξεπεράσουν τα παραδοσιακά στοιχεία πυριτίου. Ωστόσο, η κλιμάκωσή τους για εμπορική χρήση παραμένει μια πρόκληση. Τώρα, μια ομάδα μηχανικών στο Πολυτεχνείο του Χονγκ Κονγκ (PolyU) ανέφερε σημαντική πρόοδο στην αντιμετώπιση αυτών των εμποδίων.
Ερευνητές με επικεφαλής τον καθηγητή Li Gang και τον καθηγητή Yang Guang από το Τμήμα Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών, εργάζονται για να αυξήσουν την απόδοση μετατροπής ενέργειας των TSC περοβσκίτη/πυριτίου από περίπου 34% σε σχεδόν 40%. Τα ευρήματά τους παρέχουν ένα σχέδιο για τη βελτίωση της απόδοσης, της σταθερότητας και της επεκτασιμότητας, βασικά βήματα προς τη μαζική ανάπτυξη και την ευθυγράμμιση με τους στόχους της Κίνας για ουδετερότητα άνθρακα.
Η ομάδα του PolyU διεξήγαγε μια λεπτομερή ανασκόπηση της απόδοσης των TSC, αναλύοντας τον τρόπο μετατροπής της εργαστηριακής επιτυχίας σε πραγματική ανθεκτικότητα.
«Ενώ οι συσκευές εργαστηριακής κλίμακας έχουν δείξει εντυπωσιακή βελτίωση στην απόδοση, απαιτούνται περαιτέρω προσπάθειες για τη βελτίωση της αξιοπιστίας τους, συμπεριλαμβανομένης της ελαχιστοποίησης των απωλειών απόδοσης από συσκευές μικρής επιφάνειας σε μονάδες μεγάλης επιφάνειας», δήλωσε ο καθηγητής Li Gang.
Τα ευάλωτα σημεία
Η ομάδα τόνισε ότι τα υλικά περοβσκίτη παραμένουν ευάλωτα στην υγρασία, το οξυγόνο, την υπεριώδη ακτινοβολία και τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας, τα οποία υποβαθμίζουν την απόδοση με την πάροδο του χρόνου.
Η κλιμάκωση αυτών των συσκευών σε πλήρεις μονάδες εισάγει επίσης κατασκευαστικές προκλήσεις, όπως η διασφάλιση της ομοιομορφίας του υλικού και ο έλεγχος των ελαττωμάτων. Παρόλο που έχουν ξεκινήσει οι εξωτερικές δοκιμές, τα δεδομένα μακροπρόθεσμης αξιοπιστίας παραμένουν περιορισμένα.
Για την αντιμετώπιση αυτών των κενών, οι ερευνητές προτείνουν επιταχυνόμενες δοκιμές σταθερότητας με βάση τα πρότυπα της Διεθνούς Ηλεκτροτεχνικής Επιτροπής. «Ιδιαίτερη έμφαση θα πρέπει επίσης να δοθεί στη διασφάλιση ότι η κατασκευασιμότητα των υλικών και των μεθόδων ευθυγραμμίζεται με τα βιομηχανικά πρότυπα», πρόσθεσε ο καθηγητής Li.
Αντιμετώπιση περιβαλλοντικών και υλικών ανησυχιών
Ενώ τα υλικά περοβσκίτη είναι σχετικά προσιτά, η χρήση σπάνιων στοιχείων και μολύβδου εγείρει περιβαλλοντικές ανησυχίες. Η ομάδα του PolyU προτρέπει την ανάπτυξη βιώσιμων εναλλακτικών λύσεων και αποτελεσματικών συστημάτων διαχείρισης μολύβδου ή ανακύκλωσης για να διασφαλιστεί η μακροπρόθεσμη βιωσιμότητα της τεχνολογίας.
Η προσέγγισή τους συνδυάζει την επιστημονική καινοτομία με την περιβαλλοντική ευθύνη, τοποθετώντας τα TSC περοβσκίτη/πυριτίου ως ακρογωνιαίο λίθο για τα μελλοντικά συστήματα καθαρής ενέργειας, υπό την προϋπόθεση ότι η βιομηχανία μπορεί να ανταποκριθεί τόσο στα κριτήρια απόδοσης όσο και στα κριτήρια βιωσιμότητας.
Προώθηση της συνεργασίας για εμπορική ανάπτυξη
Οι ερευνητές τονίζουν επίσης την ανάγκη για συνεργασία μεταξύ του ακαδημαϊκού χώρου, της βιομηχανίας και των ερευνητικών ιδρυμάτων.
«Η ανάπτυξη αποτελεσματικών και αξιόπιστων TSC περοβσκίτη/πυριτίου πρέπει να αντιμετωπίσει αυτές τις εναπομένουσες επιστημονικές προκλήσεις για την επίτευξη χαμηλότερου σταθμισμένου κόστους ηλεκτρικής ενέργειας», δήλωσε ο καθηγητής Yang Guang.
Πρόσθεσε ότι η ενσωμάτωση της επιστήμης των υλικών, της μηχανικής συσκευών και της οικονομικής μοντελοποίησης θα είναι κρίσιμη για την εμπορική ετοιμότητα. Η ομάδα προβλέπει ότι αυτό το έργο θα επιταχύνει τη μετάβαση από τα εργαστηριακά πρωτότυπα στην παραγωγή μεγάλης κλίμακας, ευθυγραμμιζόμενη στενά με τους στόχους της χώρας για την κορύφωση των εκπομπών άνθρακα και την ουδετερότητα.
Εάν επιτύχει, ο στόχος απόδοσης 40% του PolyU θα μπορούσε να ωθήσει τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη/πυριτίου σε συνδυασμό από ερευνητικά εργαστήρια σε στέγες και βιομηχανικά δίκτυα, σηματοδοτώντας ένα αποφασιστικό βήμα προς ένα καθαρότερο ενεργειακό μέλλον.
www.worldenergynews.gr
