Stebuklingasis perovskitas visus rekordus daužo į šipulius

Šiuo metu rinkoje esantys įprasti silicio saulės elementai gali pasiekti apie 20-22 % efektyvumą, o tai tikrai nėra blogai, tačiau technologiškai tai yra praktiškai maksimumas. Tačiau pastaraisiais metais perovskitas tampa tinkama alternatyva siliciui ir įvairūs jo mišiniai efektyvumo rekordus tiesiog daužo į šipulius. Dvi mokslininkų grupės pristatė savuosius saulės elementus ir tvirtina, kad jau artėjame prie ankščiau net neįsivaizduotų 50 % efektyvumo rezultatų.

Pastaraisiais metais perovskitas saulės elementų gamyboje tampa „Šventuoju Graliu“. Kiekvieną kartą, kai tik išgirstame naujieną apie naujus saulės elementus ir pasiektą efektyvumo rekordą, vienas iš pagrindinių to pasiekimo priežasčių būna perovskitas.

Perovskitas maišomas su kitomis medžiagos ir iki šiol perovskito-silicio mišinio saulės elementų efektyvumo rekordas buvo 30 %. Bet naujieji elementai šį rekordą ir vėl gerina.

JAV mokslininkai sukūrė efektyviausią saulės elementą pasaulyje

Efektyvumo rekordas dabar priklauso JAV Nacionalinės atsinaujinančios energijos laboratorijos (NREL) tyrėjams, kurių sukurto saulės elemento efektyvumas siekia net 47,1 %.

Tai jį daro pačiu efektyviausiu bet kokio tipo saulės elementu – bent jau kol kas. Šie rekordai pastaraisiais metais yra linkę būti vis sparčiau gerinami.

NREL įrenginys vadinamas „šešių sandūrų III-V saulės elementu“ ir iš to galima suprasti, kad fotoelementą sudaro 6 pagrindiniai sluoksniai.

Kiekvieną jų sudaro įvairios Mendelejevo cheminės periodinės elementų lentelės III-V grupės elementai, kurie „leidžia surinkti energiją iš skirtingų šviesos spektro sričių“ ir taip pasiekti tokį aukštą efektyvumo lygį.

Stebėtina yra tai, kad pats saulės elementas yra plonesnis už žmogaus plauką, tačiau jį sudaro net 140 vienas kitą dengiančių sluoksnių.

Tai ar tikrai realiame gyvenime šis saulės elementas pasieks 47,1 % lygį?

Tyrime nurodoma, kad tokį rezultatą pavyko pasiekti tuo metu, kai naujasis saulės elementas buvo apšviečiamas 143 kartus stipresne už natūralią Saulės spinduliuotę šviesa.

Ir akivaizdu, jog realybėje kol kas nepasieksime 47,1 % efektyvumo, bet NREL mokslininkai tikina, kad jų naujasis fotoelementas, veikiamas įprastos Saulės spinduliuotės, demonstruoja itin aukštą 39,2 % efektyvumą.

Tai yra ženkliai daugiau nei ankstesnis rekordas ir dvigubai geresnis rezultatas, palyginus su tradiciniais silicio pagrindo fotoelementais.

Be to, norint natūraliomis sąlygomis pasiekti 47,1 % efektyvumą, mokslininkai tvirtina, kad tą galima būtų padaryti įrengiant veidrodžius, kurie į šiuos fotoelementus nukreiptų sukoncentruotą Saulės spinduliuotę.

Tuo pačiu metu Vokietijos mokslininkai iš „Helmholtz Zentrum Berlin“ (HZB) tyrimų instituto skelbia taip pat pasiekę naują efektyvumo rekordą. Tik šįkart jis pasiektas tandeminių saulės elementų srityje.

Tandeminius saulės elementus sudaro dviejų tipų fotoaktyvieji sluoksniai. Šiuo atveju vienas naujojo fotoelemento sluoksnis pagamintas iš perovskito, o kitas – vario, indžio, galio ir seleno derinio, kurį mokslininkai sutrumpintai vadina CIGS.

CIGS yra pirmasis 3-4 mikrometrų storio sluoksnis, ant kurio dedamas vos 0,5 mikrometrų storio perovskito sluoksnis.

Norėdami pagerinti tarp šių dviejų sluoksnių kontaktą, mokslininkai pridėjo rubidžio atomų.

Toks „sumuštinis“ gerokai padidina efektyvumą, nes perovskitas surenka matomą šviesą, o CGIS – infraraudonąją spinduliuotę.

Vokietijos tyrėjai tvirtina, kad tokiu būdu jiems pavyko pasiekti labai aukštą 24,16 % efektyvumą. Tai nėra toks pats aukštas rezultatas, kaip perovskito-silicio mišinio atveju (30 %), tačiau atsižvelgiant į tai, kad tai yra pirmasis toks „perovskito-CIGS“ tandeminis fotoelementas pasaulyje – pradžia puiki.

Naujasis fotoelementas yra labai plonas, tad čia yra akivaizdžių privalumų. Pasitelkę šią technologiją galėtume pagaminti lanksčių saulės modulių, kurie būtų ypač lengvi ir puikiai tiktų naudoti kosmose.

Plačiau apie NREL sukurtą „šešių sandūrų III-V saulės elementą“ galite paskaityti „Natural Energy“ žurnale publikuotame moksliniame straipsnyje, o apie Vokietijos mokslininkų „perovskito-CIGS“ tandeminį fotoelementą – „Joule“ žurnale.