Sursa: saudigazette.com.sa
Pe măsură ce sustenabilitatea globală și megatendințele de energie curată au un impact asupra modului în care abordăm strategiile energetice către un viitor mai verde pentru planetă, tehnologiile regenerabile, cum ar fi energia eoliană și solară, sunt principalele domenii de interes pentru cercetare. În spațiul tehnologiei solare, domeniul emergent al celulelor solare perovskite (SSP-uri) a câștigat popularitate în ultimul deceniu și jumătate.
Cu toate acestea, într-un domeniu dominat de celule solare din siliciu, tehnologia relativ nouă a celulelor solare perovskite trebuie, pe lângă faptul că oferă eficiență ridicată a conversiei puterii (PCE), să îndeplinească și alte două cerințe cruciale pentru a fi comercializate cu succes: stabilitate și scalabilitate.
Într-o lucrare științifică publicată recent, intitulată "Celule solare perovskite stabile la căldură umedă cu heterojuncții 2D/3D cu dimensionalitate adaptată", cercetătorii KAUST au raportat o etapă semnificativă prin primul test de căldură umedă fotovoltaic (PV) de succes al SSP-urilor.
Testul de căldură umedă este un test accelerat și riguros de îmbătrânire a mediului, menit să determine capacitatea panourilor solare de a rezista expunerii prelungite la penetrarea ridicată a umidității și la temperaturi ridicate.
Testul se desfășoară timp de 1.000 de ore într-un mediu controlat de umiditate de 85% și 85 de grade Celsius. Acesta este menit să reproducă mai mulți ani de expunere în aer liber și să evalueze factori precum coroziunea și delaminarea.
Asprimea testului este în conformitate cu cerințele de comercializare a tehnologiei fotovoltaice (PV) care trebuie să acopere 25 până la 30 de ani de garanție pentru modulele convenționale cristalin-siliciu. Pentru a trece testul, celula solară trebuie să mențină 95% din performanța sa inițială.
Conduși de primul autor Randi Azmi, cercetător postdoctoral în laboratorul fotovoltaic KAUST al lui Stefaan De Wolf, cercetările lor au trebuit să depășească o slăbiciune de durată în SSP-urile încapsulate pentru a preveni scurgerile de ambalaje.
Această vulnerabilitate a filmelor perovskite 3D este ceea ce permite infiltrarea nedorită a agenților atmosferici și oferă o rezistență limitată la căldură. Soluția găsită de cercetătorii KAUST este ingineria și introducerea straturilor de pasivare 2D-perovskite pentru a spori simultan eficiența conversiei puterii și SSP-urile pe viață.
Stabilitatea este esențială deoarece perovskiții sunt sensibili. Folosite printr-un proces de acoperire cu peliculă subțire, acestea sunt practic o sare - astfel încât celulele solare perovskite sunt foarte afectate de prezența umidității.
Specificitatea perovskiților este că este o tehnologie cu peliculă subțire. Ca și în cazul celulelor solare convenționale, sunt încă necesare două contacte din tipuri specifice de materiale. Unul va colecta electroni, iar funcția celuilalt este de a colecta "găuri" încărcate pozitiv - care reprezintă absența electronilor.
Dar, spre deosebire de plăcuțele de siliciu, perovskitele pot fi acoperite direct pe un substrat de sticlă, folosind o soluție precursoare. Soluția se face cu un solvent care se cristalizează într-o stare solidă.
Unul dintre avantajele semnificative este că materialele precursoare pot fi realizate fără a fi nevoie de instalații scumpe și medii mari consumatoare de energie de peste 1.000 de grade, ceea ce este tipic pentru semiconductorii mai tradiționali, cum ar fi siliciul.
"Este o modalitate foarte simplă de a face celule solare. De asemenea, în timp ce proprietățile optoelectronice nu sunt unice, ele sunt excelente. Sunt la egalitate cu semiconductorii tradiționali de foarte bună calitate. Acest lucru este remarcabil", a explicat profesorul De Wolf .
Prin modificarea compoziției, este, de asemenea, posibil să se regleze sensibilitatea spectrală în spectrul de lumină solară de la UV până la infraroșu. Acest lucru este destul de atractiv pentru aplicații specifice.
Provocarea rămasă, după performanță și stabilitate, este scalarea. Cele mai multe aplicații de celule solare sunt axate pe sectoare la scară de utilitate și panouri pe acoperiș. În timp ce acesta din urmă nu este proeminent în Arabia Saudită, proiectele mari urmărite în Regat includ câmpuri fotovoltaice mari în deșert.
"Piața este pe bază de siliciu și va fi pe bază de siliciu cel puțin pentru următorii 20 de ani", a spus De Wolf.
Astfel, Laboratorul fotovoltaic KAUST se concentrează în principal pe îmbunătățirea performanței celulelor solare perovskite pentru a avansa soluții mai eficiente "tandem" care asociază atât siliciul tradițional, cât și perovskitele, unde constatările actuale vor ajuta mult la creșterea fiabilității acestor celule solare tandem perovskit / siliciu.
