Perowskity

Perowskity przyszłością w wykorzystaniu energii słonecznej?

Perowskity przyszłością w wykorzystaniu energii słonecznej? Są to materiały, które dobrze pochłaniają energię słoneczną, dlatego odpowiedź nasuwa nam się sama. Perowskity dają możliwość przekształcenia energii słonecznej w energię elektryczną za sprawą ogniwa fotowoltaicznego. To w nim przebiega ten proces. Badacze tego procesu są zdania, że perowskity staną się przełomem w popularnej już dziś fotowoltaice.

Perowskit – co to w ogóle takiego?

Perowskit to minerał, istniejący w środowisku naturalnym. Jego właściwości fizyczne cechuje między innymi absorpcja światła, czyli – mówiąc łatwiejszym językiem – jego pochłanianie. Zdecydowanie lepiej pochłania on energię słoneczną niż arsenek galu czy popularny krzem. Perowskit w przyrodzie jawi się jako tytanian wapnia o wzorze chemicznym CaTiO3. Omawiany minerał został odnaleziony już w pierwszej połowie XIX wieku w górach Ural. Swą nazwę zawdzięcza rosyjskiemu badaczowi minerałów, L.A. Perowski. Perowskit jest solą o wzorze ogólnym ABX3. Odpowiada to anionom tlenkowym oraz kationom metali. Związki chemiczne, wpisujące się w ten schemat to perowskit. Co ciekawe, perowskity nie występują tylko w środowisku naturalnym tj. w magmie i skałach. Możemy je również spreparować w laboratorium za sprawą syntezy chemicznej. Perowskity przyszłością w wykorzystaniu energii słonecznej? O tym powiemy w dalszej partii artykułu.

Na czym polega fenomen tego minerału?

Warto zaznaczyć, że naturalny perowskit nie jest przewodnikiem prądu. Tą właściwością cechują się perowskity hybrydowe. Są to materiały na poły organiczne, na poły nieorganiczne. Z racji tego, że w przyrodzie perowskity hybrydowe występują bardzo rzadko, laboranci zaczęli preparować te przewodzące prąd w laboratorium.. Takie modyfikacje pozwalają uzyskać zamierzony efekt. Do tej pory do wytworzenia ogniw fotowoltaicznych wykorzystywaliśmy krzem i arsenek galu, które nie posiadały tak doskonałej zdolności absorpcji światła jak perowskity hybrydowe.. Badania dotyczące wykorzystania perowskitów trwają już ponad dziesięć lat i rokowania są optymistyczne. Naukowcy są zdania, że minerały te są w przyszłości w stanie z powodzeniem zastąpić półprzewodniki używane obecnie Atutem perowskitów jest forma w jakiej one funkcjonują: mianowicie, w bardzo cienkich warstwach. Co za tym idzie? Zarówno pod względem właściwości chemicznych oraz fizycznych perowskity hybrydowe są bardziej ekonomiczne niż tradycyjne formy pochłaniania energii słonecznej. Oszczędność materiału, który zużywamy w procesie tworzenia ogniw fotowoltaicznych to nie lada atut. To nie koniec zalet perowskitów. W porównaniu do ogniw na bazie krzemu, perowskity są zdecydowanie lżejsze, sprężyste i częściowo przeźroczyste. Można je umiejscowić niemalże na każdej powierzchni oraz dostosować kształt i kolor. To bezsprzecznie dobra wiadomość dla każdego escety. Produkcja ogniw perowskitowych jest także tańsza w porównaniu do technologii krzemowych.

Omawiany minerał przyszłością w wykorzystaniu energii słonecznej? Początki badań

Geneza badań nad zastosowaniem perowskitów sięga roku 2009. Wówczas w Japonii, Tsutomu Miyazaki wraz z zespołem badawczym próbował dociec możliwości perowskitów w technologii fotowoltaicznej. Badania ich jednak nie przyniosły większych rezultatów. Do lepszych rezultatów doszedł zespół oxfordzki pod przewodnictwem Henrego Snaith. Dlaczego? Dlatego, że badania tejże grupy okazały się bardziej urozmaicone i otwarte na modyfikacje. W procesie swych badań odważyli się oni zastąpić tradycyjny perowskit jego polimerem. Stanowiło to klucz do dalszych sukcesów. Sprawnie wykorzystała to polska fizyk dr Olga Malinkiewicz, która pokusiła się o wykluczenie z procesu produkcji znacznie podwyższającego koszty tlenku tytanu. Związek ten potrzebował bardzo wysokiej temperatury. Jedynym możliwym zatem materiałem, na który można by nakładać ówczesne perowskity było szkło. Nasza fizyk poprzez eliminację powyżej wspomnianego związku chemicznego przyczyniła się do powstania perowskitu w stanie ciekłym, który można nanieść na dowolną powierzchnię. Wszystko wskutek możliwości zrezygnowania z wysokiej temperatury w procesie produkcji. Zauważmy, że nasza badaczka bezpośrednio przyczyniła się do zmniejszenia kosztów produkcji ogniw fotowoltaicznych. Dodatkowo stała się prekursorem wykorzystania tanich materiałów do nałożenia perowskitu w stanie ciekłym. Grubość potencjalnie nałożonej warstwy wynosiłaby około 300 nm, natomiast światło jakie by było ono w stanie pochłonąć to od 300 do 800 nm w zakresie długości jego fal.

Zastosowanie minerału

Omawiany minerał (z domieszką ceru i niobu), a zwłaszcza jego polimer wykorzystać możemy w przemyśle zbrojeniowym czy budownictwie. Także w elektronice użytkowej perowskity odnajdują swoje zastosowanie. Mowa tu np. o tzw. branży wearbles, która jest coraz popularniejsza i dostępna w krajach wysoko rozwiniętych. Wszystkie gadżety typu google glass, smartzegarki, kamizelki z elektronicznym pomiarem tętna mieszczą się w tej definicji. Niebawem okaże się, że ładowarki do laptopów czy telefonów komórkowych nie będą już nam konieczne. Perowskity bowiem będzie można spożytkować w ogniwach zasilających odnawialną energią nasze baterie, dotychczas ładowane wyłącznie energią elektryczną. Wiodącą technologią, w której omawiany minerał odnajduje swoje zastosowanie jest już wspomniana technologia produkcji stosunkowo niedrogich ogniw słonecznych. Dr Olga Malinkiewicz wnosi jednakże, że priorytetem jest wdrożenie tejże technologii najpierw w urządzeniach elektroniki codziennego użytku. Później dopiero można skupić się na dziedzinach takich jak np. budownictwo i szeroko rozumiany przemysł. Pani Olga opracowała sposób, w jaki możemy pozyskać perowskitowe moduły fotowoltaiczne z wykorzystaniem atramentowego druku. Tak czy inaczej, na dość powolny rozwój omawianej technologii wpływ mają wciąż kosztowne badania.

Perowskity w Polsce

W omawianej dziedzinie w Polsce wyprodukowaliśmy już folię fotowoltaiczną, którą można nanosić na dowolne powierzchnie, przy jednoczesnym zachowaniu jej wydajności. Przykładem są hale produkcyjne i inne tego typu budynki zadaszenia. Rokowania są pomyślne, ponieważ szacuje się, że w przyszłości nie będzie już konieczna ku temu zadrukowana folia. Potencjalnym rozwiązaniem ma bowiem być bezpośrednio nanoszony taki druk na wybraną powierzchnię. Ponadto perowskity możemy wykorzystać jako spoiwo ogniw fotowoltaicznych w przypadku powierzchni szklanych. Wówczas stanowić one będą wartościowe panele, które dostarczą energię. Dobrze wiemy, że odnawialne źródła energii to przyszłość i nadzieja na ochronę środowiska. Z tego tez powodu powstają fabryki, w których specjaliści produkują perowskity. Przybywać będzie zatem firm, oferujących dużym firmom oraz klientom detalicznym fotowoltaikę.