Běžné solární panely se vyrábějí z křemíku, jejich výroba však vyžaduje extrémně čistý křemík a je energeticky náročná. Navíc jsou hotové panely těžké a neohebné. V posledních letech se jejich hlavními konkurenty staly perovskity, které jsou vyrobené z prvků, jako je olovo a jód. Lze je vyrobit nanesením extrémně tenké vrstvy kapalné směsi, což výrobu potenciálně zjednodušuje a zlevňuje.

Největším problémem zůstává životnost panelů

Perovskvit, který se využívá ve fotovoltaice, není jeden konkrétní materiál, ale skupina materiálů se specifickou krystalovou strukturou, která je ceněna pro velmi dobrou schopnost pohlcovat světlo. V laboratorních podmínkách dosahují tyto panely opravdu vynikajících výsledků. Jenomže stále jde jen o uměle navozené podmínky, nikoliv ty reálné. Ve skutečnosti musí solární panely vydržet dlouhá desetiletí, a navíc odolat náročným venkovním podmínkám, které zahrnují sněhové a dešťové srážky, slunce a vítr. Perovskvit se zatím neukázal jako materiál, který by zaručoval dlouhodobou odolnost, aniž by hrozila jeho degradace.

Vědci řeší problém s velkými plochami

Perovskvitové panely si doposud nedokázaly udržet svou obdivuhodnou výkonnost při větších velikostech panelů. Částečně proto, že ochranné povlaky používané na malých článcích jsou citlivé na vlhkost a je obtížné je rovnoměrně nanášet na velké povrchy.

Čínsko-kanadský tým vytvořil perovskitovou vrstvu, na jejímž povrchu se při výrobě přirozeně koncentruje formamidinium jodid. Následné použití karboxylátů olova umožňuje stabilnější pasivaci povrchu a omezuje defekty i u velkých modulů. Na rozdíl od konvenčních povlaků, které jsou náchylné k vlhkosti, nová úprava vytvořila s povrchem stabilní chemické vazby, čímž rovnoměrněji zakryla defekty na velkých panelech.

Panely si zachovaly téměř veškerou účinnost

Podle studie ztratily panely s tímto nátěrem jen pouhá 2 procenta účinnosti. Studie také nezaznamenala téměř žádnou ztrátu účinnosti po 300 cyklech mezi -40 a 85 stupni, přičemž experimentální panely prošly celou řadou mezinárodních testů spolehlivosti požadovaných pro komerční solární systémy.

Klíčem může být rozhraní mezi jednotlivými vrstvami

Problematice se věnoval také tým z Kaunaské technologické univerzity, kterému se podařilo vytvořit stabilnější rozhraní mezi různými vrstvami solárního článku, což umožňuje zařízení fungovat efektivněji a déle si udržovat výkon. Tým určil jako hlavní problém materiálu nikoliv materiál samotný, ale rozhraní mezi jeho jednotlivými vrstvami: „Jednoduše řečeno, solární článek si lze představit jako vícevrstvý sendvič, ve kterém je každá vrstva vyrobena z jiného materiálu a plní specifickou funkci. Aby zařízení fungovalo efektivně, musí být tyto vrstvy dokonale propojeny,“ uvedl Kasparas Rakštys, vědec z této univerzity.

Chemická úprava zlepšila přenos náboje

Vědci se snažili vylepšit přenos nosičů kladného náboje (děr) na elektrodu. Pokud se na této dráze objeví překážky, celkový výkon zařízení klesá, i když samotný perovskit nadále efektivně absorbuje sluneční světlo. Jejich řešením byla modifikace části molekuly zodpovědné za připojení ke kontaktní vrstvě oxidu kovu. Tradičně kyselá skupina byla chemicky transformována na iontovou sůl.

Jednodušší řešení může urychlit nástup perovskitů

„V této studii jsme jednoduše neutralizovali kyselé molekuly jejich přeměnou na chemicky neutrální soli, čímž jsme vytvořili neagresivní rozhraní, které umožňuje solárnímu článku fungovat mnohem stabilněji a efektivněji. Tento přístup je chemicky neutrální a nabízí několik technologických výhod. Molekuly soli se stejně silně vážou na povrchy oxidů kovů a zároveň jsou rozpustné ve vodě, což znamená, že vrstvu lze nanášet bez použití toxických rozpouštědel,“ vysvětluje Rakštys.

„Nejpřekvapivějším aspektem je nepochybně jednoduchost myšlenky. Vzhledem k tomu, že perovskitové solární články jsou v současnosti jednou z nejrychleji rostoucích technologií a v této oblasti pracují tisíce výzkumníků po celém světě, bylo úspěšné zavedení tak jednoduchého konceptu skutečným okamžikem heuréky. Věda často zahrnuje neustálé experimentování a učení se z neúspěchů, ale někdy i ty nejsložitější přístupy nikam nevedou, zatímco ty nejjednodušší nápady přinášejí nejlepší výsledky,“ říká Rakštys.