Perowskity wschodzącą gwiazdą świata fotowoltaiki

Czym jest perowskit?

Perowskit jest minerałem występującym w przyrodzie (np. tytanian wapnia) i ma zdolność pochłaniania światła. Ten naturalny jednak nie przewodzi prądu i nie jest atrakcyjny pod względem wykorzystania. Perowskit można natomiast wytworzyć sztucznie, w laboratorium i zmieniając nieco jego strukturę nadać mu nowe właściwości, takie jak przewodzenie prądu. To właśnie te modyfikowane perowskity są alternatywą dla krzemu – półprzewodnika stosowanego do tej pory w produkcji ogniw fotowoltaicznych. Ogniwa perowskitowe w przeciwieństwie do krzemowych mogą być elastyczne, częściowo transparentne i bardzo lekkie. Można dostosować kształt, kolor i wymiary modułów do konkretnego zapotrzebowania i zainstalować je na każdej dostępnej powierzchni budynku. Są też tańsze w produkcji.

Metodę pozyskiwania perowskitowych modułów fotowoltaicznych z zastosowaniem druku atramentowego opracowała Polka, Olga Malinkiewicz. Polska fizyczka jest także współzałożycielką spółki Saule Technologies, która zajmuje się komercjalizacją wynalazku.

Dlaczego perowskit jest taki ciekawy?

Dzięki zdolności pochłaniania światła (lepszej od wspomnianego już krzemu i arsenku galu), możliwe jest nawet trzykrotnie zmniejszenie materiału zużytego do wyprodukowania ogniwa słonecznego. Badania nad zastosowaniem perowskitów trwają już przeszło od dekady i wielu naukowców uważa, że mają one dużą szansę na zastąpienie obecnych półprzewodników w ogniwach słonecznych. Perowskity mają sprawność konwersji energii na poziomie 18 – 22%, czyli podobną do krzemu, jednak mogą być stosowane w ultracienkich warstwach, co pozwala na znaczną oszczędność materiału zużytego do produkcji ogniw fotowoltaicznych.

Do tego, w przeciwieństwie do ogniw krzemowych, mogą być bardziej elastyczne, lżejsze i częściowo transparentne. Ogniwa perowskitowe można nie tylko zainstalować na każdej, dostępnej powierzchni budynku, ale również dostosować do niej zarówno wymiary modułów jak i odpowiedni, pasujący kolor. Bardzo ważną kwestią jest również to, że są one znacznie tańsze w produkcji. Saule Technologies wskazuje wydajność ogniw słonecznych z wykorzystaniem perowskitów jako porównywalną z innymi wiodącymi technologiami fotowoltaicznymi, wynoszącymi obecnie około 20% (takimi jak krystaliczny krzem, CdTe i CIGS).

Kiedy perowskity trafiają do użytku?

Duży wpływ na to mają na pewno kosztowne badania. Są one intensywnie prowadzone zarówno przez Saule Technologies (od 2014 roku), jak i jego sporą konkurencję. Dużym problemem jest przede wszystkim to, że perowskity nie są tak stabilne jak krzem, co stanowi dla naukowców główne wyzwanie. Również drugim minusem, który dotyczy wszystkich nowych technologii jest to, że firmy na samym początku podchodzą do nich bardzo ostrożnie.

Jednakże duży popyt na fotowoltaikę, która jest w ostatnim czasie najdynamiczniej rozwijającą się technologią OZE (zwłaszcza teraz, gdy ceny prądu stale rosną) sprawia, że tańsze i efektywniejsze rozwiązania są bardzo pożądane. Również sporo mówi się w ostatnim czasie o szybach fotowoltaicznych, które wytwarzane są z wykorzystaniem technologii kropki kwantowej opatentowanej przez polską firmę ML System (pisaliśmy o tym tutaj). Co ważne, transparentne szyby fotowoltaiczne umożliwiają nie tylko wytwarzanie energii elektrycznej, ale mogą również emitować światło w każdym dowolnym kolorze i chronić nas przed szkodliwym promieniowaniem UV.

Natomiast druk atramentowy do produkcji perowskitowych modułów fotowoltaicznych, pozwala na dokładne dostosowanie ogniwa słonecznego, do różnych powierzchni. Saule Technologies wraz z najlepszymi uniwersytetami z Wielkiej Brytanii, Niemiec, Włoch, Hiszpanii i Izraela, prowadzi zaawansowane badania nad zastosowaniem perowskitu, na potrzeby pozyskiwania energii słonecznej. Pierwsze testy nad wykorzystaniem perowskitowych modułów fotowoltaicznych miały miejsce na 93 – metrowym domku jednorodzinnym koło Poznania. Wówczas to, cała instalacja wytworzyła więcej energii niż średnio potrzebuje jej w ciągu roku czteroosobowa rodzina. Nie spodziewano się, aż tak pozytywnych rezultatów, a domy produkujące nadwyżkę w rocznym bilansie energetycznym (plus energy building – PEB), to na pewno następny krok w ewolucji całego budownictwa. Obecnie perowskity są w fazie ostatnich testów, a perowskitowe ogniwa fotowoltaiczne mają być gotowe w 2021 roku.

Perowskity – rewolucyjna technologia z Polski

Jak już wiemy pionierem rozwoju tej technologii w Polsce jest Saule Technologies, które chce stworzoną przez siebie folię fotowoltaiczną, nanosić na dowolne powierzchnie, zachowując przy tym jej wydajność. Mogą to być m.in. karoserie samochodów, kadłuby statków i samolotów, elektronika, ubrania, ściany i dachy budynków, a także okna. Rozwiązanie takie na początku stosowane ma być w formie zadrukowanej folii, natomiast z czasem taki druk może być nanoszony bezpośrednio na wybrany obiekt lub przedmiot. Perowskity mogą być także wykorzystane do zespolenia ogniw fotowoltaicznych z szybami, przez co dachówki i okna instalowane w budynkach, będą pełniły rolę paneli dostarczających energię.

Minerały można również nanosić na całe elewacje hal produkcyjnych i innych budynków, dzięki czemu ściany produkować będą energię elektryczną. Przy czym będzie to możliwe nawet w przypadku, gdy promienie słoneczne nie będą bezpośrednio padać na jej powierzchnię. Jak widać, za sprawą perowskitów, budynki mogą być energetycznie samowystarczalne. Takim rozwiązaniem zainteresowanych jest coraz więcej firm deweloperskich. Ponieważ przyszłością są odnawialne źródła energii, a nie energetyka węglowa, gdzie w Polsce, aż 80% prądu, powstaje w oparciu o spalanie tego właśnie paliwa kopalnego.

Nowa technologia jest już w fazie ostatnich testów

Jednym z pierwszych sukcesów Saule Technologies, w całości tworzącej nową technologię opartą na perowskitach, było podpisanie w zeszłym roku kontraktu ze Skanską. Ten szwedzki deweloper kupił licencję na rozwój technologii Saule w budownictwie komercyjnym, na rynku skandynawskim, Stanach Zjednoczonych, a także w wybranych krajach europejskich. W wydanym wtedy wspólnie komunikacie stwierdzono, że „Stabilność i wodoodporność modułów czyni je idealnymi dla branży budowlanej”. Moduły można dowolnie integrować ze wszystkimi budynkami, jak i montować w dowolnym miejscu, dostosowując kolor, kształt, a także rozmiar, do każdego obiektu budowlanego.

Niedługo potem pierwszy panel opuścił laboratorium i trafił na fasadę biurowca Spark. Szwedzka firma ma w planach dalsze pokrywanie biurowców półprzezroczystymi ogniwami fotowoltaicznymi, opartymi o perowskity. Dzięki temu zabiegowi, fasada budynku stała się źródłem energii elektrycznej wytwarzanej ze słońca, nawet przy rozproszonym świetle. Również w tym samym budynku, Skanska stworzyła specjalną aplikację, ułatwiającą poruszanie się bez tradycyjnych kart dostępu.

Celem tego pilotażowego programu było wypracowanie najlepszych rozwiązań pozwalających na integrację paneli z fasadą budynku bez szkody dla procesu projektowego i budowlanego. Przy czym, testy te potwierdziły pełną integralność ogniw z fasadą. W związku z czym, firma Saule Technologies uruchomiła pilotażową linię produkcyjną. Wytwarzane ogniwa już w większym formacie zostaną wykorzystane do kolejnych instalacji pilotażowych. Obecnie trwają również prace nad optymalizacją linii produkcyjnej. Sam produkt ma być gotowy najprawdopodobniej w 2021 roku.

Źródło: enerad.pl, muratorplus.pl