Áttörés a perovszkit napelem fejlesztésében: még nagyobb hatásfok és tartósság

A megújuló energiaforrások térnyerése ellenére a napenergia-hasznosítás technológiája évtizedek óta küzd egy alapvető ellentmondással: a nagyobb hatásfok elérése általában a berendezések élettartamának rövidülésével, míg a tartósabb kialakítás az áramtermelés hatékonyságának romlásával jár. A Joule-ben közölt tanulmány szerint a dél-koreai KAIST kutatóinak a perovszkit alapú napelemek szerkezeti módosításával sikerült áthidalni ezt a problémát.

A perovszkit alapú cellák a napenergia-ipar nagy reménységei, azonban érzékenyek a környezeti hatásokra. Magas hőmérséklet, páratartalom vagy tartós fényterhelés mellett az anyag szerkezete gyorsan elhasználódik. A szakemberek korábban is kísérleteztek védőbevonat felvitelével, de ha ez a kétdimenziós passziváló réteg nem volt kellően robusztus, akkor a panel idővel deformálódott, és csökkent a teljesítménye.

A KAIST tudósai egy szerkezetileg stabilabb, úgynevezett Dion-Jacobson típusú réteget vezettek be. Az eljárás lényege a rétegen belüli atomi elhelyezkedés precíz szabályozása. A technológia alkalmazásával a perovszkit rétegeket mindkét oldalon szerves molekulákkal kapcsolták össze, így egy ellenállóbb szerkezet jött létre.

„Ez a tanulmány bizonyítja, hogy a régi kihívás – miszerint a hatékonyság növelése lerövidíti az élettartamot, az élettartam növelése pedig rontja a hatásfokot – egyszerre orvosolható a felületi passziváló réteg szerkezeti tervezésével” – emelte ki Jangwon Seo professzor a publikáció kapcsán.

A kísérletek során kiderült, hogy a hőkezelés hatására az anyagok találkozásánál újrarendeződnek az atomok. A kutatók pontosan meghatározták azokat a gyártási feltételeket, amelyekkel ez a folyamat reprodukálható, így a technológia megbízhatóan alkalmazható.

Az új stratégiával készült napelemek a tesztek során 25,56 százalékos energiaátalakítási hatásfokot produkáltak, amelyet hivatalos hitelesítés során 25,59 százalékra emeltek. A cellák 85 Celsius-fokos hőségben és 85 százalékos relatív páratartalom, valamint folyamatos megvilágítás mellett is megőrizték magas teljesítményüket.

A technológia jelentőségét növeli, hogy nemcsak kisméretű laboratóriumi cellákon, hanem nagy felületű modulokon is igazolták a hatékonyságát. Ez kritikus lépés a tömeggyártás felé, mivel a perovszkit napelemek eddig főként laboratóriumi körülmények között voltak csak stabilak.

A kutatás eredményei szerint a felületi rétegek tudatos tervezésével a perovszkit napelemek versenyképessé válhatnak a piacon jelenleg uralkodó szilícium alapú megoldásokkal szemben, hiszen egyszerre nyújtanak magas hatásfokot és ipari követelményeknek megfelelő élettartamot.

Gábor János, NEW technology