Budynki można byłoby zasilać oknami. Singapur rozwija perowskity, a polski projekt utknął w sporze o komercjalizację
Naukowcy z Nanyang Technological University w Singapurze opracowali ultracienkie, półprzezroczyste ogniwa słoneczne, które w przyszłości mogłyby być wbudowywane w okna, elewacje budynków, szyby samochodowe i elektronikę noszoną.
Wyniki badań opublikowano w piśmie „ACS Energy Letters”. Singapurskie odkrycie wpisuje się w globalny wyścig o komercjalizację ogniw perowskitowych – wyścig, w którym swój rozdział ma także Polska.
Ogniwa wykonano z perowskitu, materiału od lat badanego jako alternatywa dla krzemowych paneli słonecznych. Kluczowym osiągnięciem zespołu kierowanego przez prof. Annalisę Bruno jest grubość warstwy pochłaniającej światło. Wynosi ona zaledwie 10 nanometrów, czyli około 10 tys. razy mniej niż grubość ludzkiego włosa i około 50 razy mniej niż w konwencjonalnych ogniwach perowskitowych.
Do produkcji ogniw użyto metody termicznego parowania w próżni. Materiały są podgrzewane w komorze próżniowej do momentu odparowania, a następnie osiadają na podłożu, tworząc cienką warstwę. Metoda pozwala uzyskać bardzo cienkie i równomierne warstwy, nie wymaga toksycznych rozpuszczalników i ułatwia kontrolę grubości. Badacze twierdzą, że to pierwszy przypadek ultracienkich ogniw perowskitowych wykonanych w całości metodami próżniowymi.
W urządzeniach nieprzezroczystych sprawność konwersji energii wyniosła około 7 proc. dla warstwy 10-nanometrowej, 11 proc. dla 30-nanometrowej i 12 proc. dla 60-nanometrowej. Wersja półprzezroczysta z warstwą o grubości 60 nm przepuszczała około 41 proc. światła widzialnego, zachowując sprawność 7,6 proc. Według autorów jest to jeden z najlepszych wyników uzyskanych dla półprzezroczystych ogniw perowskitowych wykonanych z podobnych materiałów.
Według badaczy takie ogniwa mogłyby pracować nie tylko w bezpośrednim słońcu, ale także przy świetle pośrednim i rozproszonym. Ma to znaczenie w gęstej zabudowie miejskiej, gdzie pionowe powierzchnie budynków i częste zachmurzenie ograniczają bezpośrednią ekspozycję na słońce.
Wstępne szacunki wskazują, że pokrycie szklanej elewacji dużego biurowca takimi ogniwami mogłoby teoretycznie dostarczać kilkaset megawatogodzin energii rocznie – tyle, ile wynosi roczne zużycie energii przez około 100 standardowych czteropokojowych mieszkań w Singapurze.
Zanim technologia będzie mogła trafić do produkcji seryjnej, naukowcy muszą poprawić jej długoterminową stabilność, trwałość i sprawdzić działanie na większych powierzchniach. NTU prowadzi już rozmowy z firmami w sprawie walidacji i standaryzacji procesu produkcji.
Wrocław był blisko
Singapurskie badania wpisują się w globalny wyścig o komercjalizację ogniw perowskitowych, w którym ważne miejsce zajmował także polski projekt. Dr Olga Malinkiewicz należała do pionierów prac nad ultracienkimi, elastycznymi ogniwami perowskitowymi wytwarzanymi w niskiej temperaturze. Za opracowanie takiej technologii otrzymała w 2014 roku nagrodę Photonics21, a w tym samym roku współtworzyła we Wrocławiu spółkę Saule Technologies.
Technologia rozwijana przez Saule różni się od rozwiązania singapurskiego. Zamiast termicznego parowania w próżni wykorzystywała druk atramentowy i niskotemperaturowe nanoszenie warstw perowskitowych na cienkie, elastyczne podłoża. Miało to umożliwić produkcję lekkich, półprzezroczystych modułów do zastosowań między innymi w elektronice, elementach fasad i zintegrowanej fotowoltaice budynkowej. W 2021 roku Saule uruchomiło we Wrocławiu linię produkcyjną, przedstawianą jako pierwsza na świecie linia produkcyjna drukowanych ogniw perowskitowych.
Spółka osiągnęła też ważny etap certyfikacyjny. W 2023 roku TÜV Rheinland potwierdził, że perowskitowe moduły Saule spełniają kryteria certyfikacji IEC dla zastosowań w elektronice konsumenckiej. Według Notes from Poland była to pierwsza taka certyfikacja na świecie.
Komercjalizacja technologii okazała się jednak trudna i kosztowna. Saule znalazło się w sporze między założycielką a inwestorami, a Malinkiewicz została odwołana z zarządu spółki. Konflikt dotyczy finansowania, zarządzania i dalszych losów technologii. Tym samym polski projekt, który należał do najbardziej obiecujących przedsięwzięć w tej dziedzinie, utknął na etapie sporu właścicielskiego i trudnej komercjalizacji.
Kresy.pl / TechXplore / Notes from Poland
