Ogniwa słoneczne nowej generacji bliżej dzięki badaniom Polki

Nieorganiczne związki chemiczne – perowskity mogą w przyszłości zastąpić krzem w ogniwach słonecznych. Dzięki nim elastyczne i cienkie ogniwa można będzie nanosić np. na ubrania. Prosty i tani sposób produkcji perowskitów opracowała Polka - Olga Malinkiewicz.

Pracująca na Uniwersytecie w Walencji doktorantka za swoje osiągnięcie otrzymała niedawno nagrodę w prestiżowym europejskim konkursie naukowym Photonics21.

Perowskity to grupa nieorganicznych związków chemicznych, które znane są już od XIX w. (swoją osobliwą nazwę zawdzięczając rosyjskiemu mineralogowi Lwu Perowskiemu). Jednak dopiero kilka lat temu odkryto, że stanowią one wymarzony materiał do produkcji ogniw słonecznych.

Na razie w ogniwach słonecznych fotowoltaicznych stosowany jest przede wszystkim krzem, który nie jest materiałem bez wad. Przy produkcji krzemowych ogniw fotowoltaicznych potrzebne są wysokie temperatury - ok. 1000 st. C, a ogniw krzemowych nie można bezpośrednio nanosić na materiały elastyczne - takie jak tekstylia czy plastik.

Perowskity - podobnie jak krzem - pochłaniają światło widzialne (o długości 300-800 nanometrów; nm to jedna milionowa milimetra) w taki sposób, że można z nich odzyskiwać energię elektryczną. Do tego świetnie się rozpuszczają w rozpuszczalnikach, dzięki czemu można je będzie nanieść sprayem na dowolne powierzchnie. Poza tym do ich wytwarzania nie są potrzebne wysokie temperatury. Substancję można więc będzie nanosić na dowolny materiał - odzież, plastik czy nawet papier. Ponadto warstwa tego materiału może być nawet 10 razy cieńsza niż warstwa krzemu (np. 200-300 nm).

Olga Malinkiewicz uważa, że możliwości wykorzystania ogniw słonecznych z perowskitami są niemal nieograniczone - w przyszłości można by było np. pokrywać nimi powierzchnie domów, ubrań czy urządzeń elektronicznych, które ładowałyby się dzięki energii słonecznej.

Jak powiedziała PAP Malinkiewicz, kiedy zaczynała pracę nad perowskitami, sposób produkowania ogniw był bardzo skomplikowany - wytwarzać można je było tylko na grubym szkle, gdyż jeden z kluczowych elementów ogniwa, dwutlenek tytanu, uzyskiwano w temperaturze 500 st. C. W dodatku powstałe warstwy miały dużo defektów. "Warstwa perowskitów była bardzo brzydka - miała nie najlepsze własności. Dlatego trzeba było na nią położyć grubą warstwę innej - bardzo drogiej polimerowej substancji" – opisała.

"Ja za to opracowałam technikę wytwarzania cienkiego filmu z perowskitów. Mój materiał był ciągły - nie było w nim defektów i był gładki jak stół. Niepotrzebne było pokrywanie go grubym polimerem czy wytwarzanie go na specyficznych podłożach" - opisuje naukowiec.

Doktorantka perowskitami zajęła się niedawno - w wakacje ubiegłego roku. Kiedy do szefa jej laboratorium na Uniwersytecie w Walencji przyszła prośba od "guru" w zakresie fotowoiltaiki (czyli dziedziny zajmującej się przetwarzaniem światła słonecznego na energię elektryczną), prof. Michaela Graetzela, aby wyprodukować perowskity w postaci gazowej, zadanie powierzono Malinkiewicz. Ona jako jedyna w grupie z laboratorium zajmowała się fotowoltaiką - reszta osób zajmowała się głównie diodami i materiałami emitującymi światło.

Badaczka przyznaje, że w swoich badaniach nad perowskitami używała "tego, co było w szufladzie", czyli materiałów przydatnych w stosowaniu diod. I tym razem przypadek przyczynił się do odkrycia. Okazało się, że materiały te były strzałem w dziesiątkę - dzięki ich zastosowaniu pod koniec wakacji miała już perowskity o świetnej wydajności (12 proc.). "Nie mogliśmy uwierzyć, że to takie proste" - zaznacza badaczka.

Wyniki badań ukazały się w listopadzie ub.r. w czasopiśmie "Nature Photonics". Indywidualne badania doktorantki pod koniec marca tego roku nagrodzono w prestiżowym konkursie naukowym Photonics21.

Photonics21 to Europejska Platforma Technologiczna, zrzeszająca firmy i instytuty zajmujące się rozwojem fotoniki i fotowoltaiki. Coroczne spotkania i konkurs platformy organizuje Komisja Europejska.

Malinkiewicz studiowała na Uniwersytecie Warszawskim, ale rok przed zakończeniem studiów magisterskich zdecydowała się na studia fotoniki w Barcelonie. Potem trafiła na Uniwersytet w Walencji. (PAP)