Naukowcy z Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Jagiellońskiego badają perowskity jako alternatywę dla krzemowych ogniw fotowoltaicznych w obliczu rosnących cen energii elektrycznej. Energetyka słoneczna po raz pierwszy stała się największym źródłem energii w Unii Europejskiej, nieznacznie wyprzedzając energetykę jądrową.
Dr Dominik Wrana z Instytutu Fizyki im. Mariana Smoluchowskiego UJ wyjaśnia ograniczenia obecnej technologii: „Zbudowane na bazie krzemu panele, które najczęściej widzimy na dachach, osiągają około 15 procent sprawności. Oczywiście chcielibyśmy więcej.”
Perowskity to materiały o strukturze chemicznej ABX₃, gdzie dwa kationy i anion tworzą kryształy o strukturze sześcianu. Zastosowanie tych materiałów pozwala zwiększyć sprawność paneli do około 26 procent, a w przypadku ogniw tandemowych łączących krzem i perowskit – do ponad 35 procent.
Technologia oferuje dodatkowe zalety praktyczne. Dzięki bardzo cienkiej warstwie perowskitów o grubości około 5 mikrometrów – dwadzieścia razy cieńszej niż ludzki włos – możliwe jest tworzenie elastycznych ogniw. Otwiera to możliwości zastosowania w czapkach, plecakach czy innych przenośnych urządzeniach ładujących smartfony.
Perspektywiczne jest również nakładanie ogniw na okna. Chociaż tracą one około 30 procent przezroczystości, mogą produkować prąd dla domów i biur. Ogniwa perowskitowe można drukować przy użyciu drukarki atramentowej, a ostrożne szacunki wskazują koszty produkcji około 30 dolarów za metr kwadratowy.
Technologia boryka się jednak z istotnymi problemami. Dr Wrana podkreśla główne ograniczenia: „Często zawierają ołów, choć nie muszą, o czym pokazują najnowsze badania, a przede wszystkim odznaczają się niską stabilnością. Obecnie żadne z wyprodukowanych ogniw nie wytrzymuje więcej niż kilku miesięcy ciągłej pracy, po czym ich wydajność spada poniżej 80 procent wartości początkowej.”
Problem trwałości pozostaje kluczowym wyzwaniem dla komercjalizacji technologii perowskitowych. Codziennie publikowane są artykuły naukowe przesuwające granicę żywotności ogniw, co daje nadzieję na przełom. Na najbliższe lata fotowoltaiczne ogniwa krzemowe utrzymają jednak dominującą pozycję na rynku.
Badania nad perowskitami wpisują się w szerszy kontekst poszukiwania tanich i efektywnych rozwiązań fotowoltaicznych. Rozwój tej technologii może odegrać kluczową rolę w transformacji energetycznej, umożliwiając szersze zastosowanie energii słonecznej i przyczyniając się do osiągnięcia celów dekarbonizacji oraz obniżenia kosztów energii elektrycznej dla odbiorców końcowych.