Για χρόνια, οι περοβσκίτες έχουν χαρακτηριστεί ως το «άγιο δισκοπότηρο» της ηλιακής ενέργειας χάρη στην υπόσχεσή τους για εξαιρετικά αποδοτικά και φθηνότερα ηλιακά κύτταρα.
Ένας νέος τύπος περοβσκίτη
Οι περοβσκίτες είναι μια κατηγορία υλικών με παρόμοιες κρυσταλλικές δομές με υψηλή υπεραγωγιμότητα, υψηλή μαγνητοαντίσταση και υψηλή σιδηροηλεκτρική ικανότητα, καθιστώντας τους μια πιθανή αντικατάσταση του πυριτίου. Τα φωτοβολταϊκά πάνελ λεπτής μεμβράνης περοβσκίτη μπορούν να απορροφήσουν φως από μια ευρύτερη ποικιλία μηκών κύματος, επιτρέποντάς τους να επιτύχουν αποδόσεις περίπου 40% σε σύγκριση με τα θεωρητικά όρια του πυριτίου περίπου 30%. Δυστυχώς, οι περοβσκίτες είναι γνωστοί για την ασταθή τους και ιδιαίτερα ευαίσθητοι στην υποβάθμιση όταν εκτίθενται σε κοινούς περιβαλλοντικούς παράγοντες.
Αλλά τώρα ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Cambridge αποκάλυψαν έναν νέο περοβσκίτη αλογονιδίων που είναι πολύ πιο σταθερός από τους συμβατικούς περοβσκίτες, ρυθμίζοντάς τους σε ατομικό επίπεδο, ανοίγοντας την πόρτα για πιο ισχυρές, ανθεκτικές και αποδοτικές συσκευές.
Η νέα τεχνική
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια τεχνική που βασίζεται σε ατμούς για να δημιουργήσουν δισδιάστατους και τρισδιάστατους περοβσκίτες σε ένα στρώμα κάθε φορά, επιτρέποντάς τους να προσδιορίσουν με ακρίβεια το πάχος των μεμβρανών περοβσκίτη μέχρι κλάσματα ενός ατόμου. Πράγματι, οι επιστήμονες είναι σε θέση να δημιουργήσουν στρώματα περοβσκίτη σε επίπεδο Angstrom - ή ένα δέκατο του νανομέτρου. Στη συνέχεια, στοιβάζουν σχολαστικά αυτά τα στρώματα το ένα πάνω στο άλλο με τρόπο που τα άτομά τους ευθυγραμμίζονται τέλεια, επιτρέποντας στα ηλεκτρόνια και τις οπές τους (τα θετικά φορτισμένα αντίθετα των ηλεκτρονίων) να κινούνται ελεύθερα σε μια διαδικασία παρόμοια με αυτή που χρησιμοποιείται για την κατασκευή εμπορικών ημιαγωγών.
Στην πραγματικότητα, τα στρώματα λειτουργούν σαν μονόδρομοι που καθοδηγούν τα φορτία και τα εμποδίζουν να σπαταλούν ενέργεια ως θερμότητα. Οι ερευνητές έχουν επιτύχει ενεργειακή διαφορά μεταξύ των στρωμάτων που υπερβαίνει το μισό ηλεκτρονιοβόλτ και έχουν επεκτείνει τη διάρκεια ζωής των ηλεκτρονίων και των οπών σε περισσότερο από 10 μικροδευτερόλεπτα, πολύ περισσότερο από το συνηθισμένο.
«Η αλλαγή της σύνθεσης και της απόδοσης των περοβσκίτη κατά βούληση - και η διερεύνηση αυτών των αλλαγών - είναι ένα πραγματικό επίτευγμα και αντικατοπτρίζει τον χρόνο και την επένδυση που έχουμε κάνει εδώ στο Cambridge», δήλωσε ο καθηγητής Sam Stranks, ο οποίος ήταν συν-επικεφαλής της έρευνας.
«Αλλά το πιο σημαντικό είναι ότι δείχνει πώς μπορούμε να κατασκευάσουμε λειτουργικούς ημιαγωγούς από περοβσκίτες, κάτι που θα μπορούσε μια μέρα να φέρει επανάσταση στον τρόπο που κατασκευάζουμε φθηνά ηλεκτρονικά και ηλιακά κύτταρα».
Η εξέλιξη της τεχνολογίας
Η τεχνολογία του περοβσκίτη εξελίσσεται με γοργούς ρυθμούς. Το 2012, οι επιστήμονες κατάφεραν τελικά να κατασκευάσουν ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη λεπτής μεμβράνης, τα οποία πέτυχαν απόδοση άνω του 10%. Αλλά από τότε, η απόδοση στα νέα σχέδια κυψελών περοβσκίτη έχει εκτοξευθεί: τα πρόσφατα μοντέλα μπορούν να επιτύχουν απόδοση 30%+, όλα από ένα κελί λεπτής μεμβράνης που είναι (θεωρητικά) πολύ πιο εύκολο και φθηνότερο στην κατασκευή από ένα πάνελ πυριτίου παχιάς μεμβράνης.
Πέρυσι, ο γιγαντιαίος κινεζικός κατασκευαστής ηλιακών πάνελ Longi ανακοίνωσε ότι πέτυχε απόδοση μετατροπής ισχύος 34,6% για ένα ηλιακό κελί περοβσκίτη-πυριτίου σε σειρά, ένα νέο παγκόσμιο ρεκόρ, ξεπερνώντας το προηγούμενο ρεκόρ της εταιρείας, ύψους 33,9%, που είχε σημειωθεί τον Νοέμβριο του 2023. Η Ευρωπαϊκή Εγκατάσταση Δοκιμών Ηλιακής Ενέργειας (ESTI) πιστοποίησε τα αποτελέσματα. Η Longi είναι από τους μεγαλύτερους και κορυφαίους κατασκευαστές ηλιακής ενέργειας στον κόσμο.
«Επιτύχαμε αυτό το αποτέλεσμα βελτιστοποιώντας τη διαδικασία εναπόθεσης λεπτής μεμβράνης του στρώματος μεταφοράς ηλεκτρονίων, αναπτύσσοντας και χρησιμοποιώντας υλικά παθητικοποίησης ελαττωμάτων υψηλής απόδοσης και σχεδιάζοντας και αναπτύσσοντας δομές παθητικοποίησης διεπιφάνειας υψηλής ποιότητας», ανέφερε η εταιρεία σε ανακοίνωσή της, χωρίς να παρέχει περαιτέρω λεπτομέρειες.
Η απόδοση των ηλιακών κυψελών σπάει όλα τα ρεκόρ
Η Longi έχει σπάσει το παγκόσμιο ρεκόρ για την απόδοση των ηλιακών κυψελών περισσότερες από δώδεκα φορές τα τελευταία τέσσερα χρόνια. Τα τελευταία παγκόσμια ρεκόρ της εταιρείας έχουν ξεπεράσει στην πραγματικότητα το θεωρητικό όριο απόδοσης Shockley-Queisser (S-Q) του 33,7% για ηλιακά κύτταρα μονής σύνδεσης.
Εν τω μεταξύ, η Qcells, θυγατρική του γιγαντιαίου ομίλου της Νότιας Κορέας Hanwha Corp, σημείωσε παγκόσμιο ρεκόρ για την απόδοση ενός ηλιακού κελιού πυριτίου μεγάλης επιφάνειας με ένα ανώτερο στρώμα περοβσκίτη, μια εξέλιξη που θα μπορούσε να συρρικνώσει δραματικά το μέγεθος των έργων και να μειώσει το κόστος. Η Qcells πέτυχε απόδοση κυψέλης 28,6% σε ένα μεγάλο κελί εμπορικού μεγέθους γνωστό ως M10 χρησιμοποιώντας την τεχνολογία, σημαντικά υψηλότερη από την απόδοση 27% για τα κρυσταλλικά κύτταρα πυριτίου και περίπου 21% για τα παραδοσιακά εμπορικά ηλιακά πάνελ πυριτίου. Η υψηλότερη απόδοση του Longi αφορά πολύ μικρότερα κελιά.
Η ανακάλυψη του Qcells έρχεται σε μια εποχή που η εκτεταμένη χρήση γης από μεγάλα ηλιακά έργα γίνεται ολοένα και πιο σημαντική πρόκληση. Για παράδειγμα, το Solar Star Project της Καλιφόρνια είναι από τις μεγαλύτερες εγκαταστάσεις ηλιακής ενέργειας στον κόσμο, με 1,7 εκατομμύρια πάνελ σε μια έκταση 3.000 στρεμμάτων βόρεια του Λος Άντζελες. Συγκριτικά, ένας σταθμός παραγωγής ενέργειας από φυσικό αέριο που βρίσκεται 100 μίλια νότια του Solar Star παράγει την ίδια ποσότητα ενέργειας σε μόλις 122 στρέμματα.
www.worldenergynews.gr
