Szansa na obniżenie cen efektywnych ogniw słonecznych
Przeniesienie emisji dwutlenku węgla związanych z produkcją energii w dużym stopniu zależy od stworzenia niskonakładowych i powszechnie dostępnych dróg do wytwarzania czystej energii. Spośród wszystkich źródeł energii odnawialnej, nieporównywalnie największy potencjał ma energia słoneczna. Jednak dostępne na rynku nieorganiczne ogniwa słoneczne są obecnie zbyt kosztowne, by mogły konkurować z konwencjonalnymi źródłami energii. Hybrydowe nieorganiczne–organiczne ogniwa słoneczne to nowo powstająca technologia o wielkim potencjale jeśli chodzi o niskie koszty produkcji. Dzięki połączeniu nanostrukturalnemu, ogniwa słoneczne łączą w sobie zalety tanich i zasobnych materiałów organicznych z korzyściami materiałów nieorganicznych pod względem stabilności i transportu ładunku. W ramach finansowanego przez UE projektu "Characterisation of hybrid inorganic-organic solar cells by advanced spectroscopic methods" (CHOIS) starano się lepiej zrozumieć mechanizmy pracy hybrydowych ogniw słonecznych, aby ostatecznie osiągnąć wysoką wydajność konwersji. Początkowo naukowcy scharakteryzowali nowoczesny hybrydowy system polimeru na bazie siarczku kadmu (CdS) metodą przejściowej absorpcyjnej spektrometrii. Wyniki pokazały, że wzbudzenia w CdS mają dłuższy okres życia, co doprowadziło do wniosku, że generowanie ładunku nie ogranicza się do małych rozmiarów domeny. Naukowcy odkryli także główne procesy strat ograniczające generowanie ładunku w zastosowanym polimerze. Kolejny krok polegał na użyciu materiału nieorganicznego o szerszym widmie absorpcji umożliwiającego zbiór większej części widma słonecznego. Biorąc pod uwagę ich szerokie widma absorpcji, siarczki antymonu i bizmutu zidentyfikowano jako obiecujące alternatywy dla CdS, przy czym ten pierwszy przejawiał wyższą skuteczność konwersji. Zminimalizowane straty energii przypisywano oddzielaniu ładunku. Na podstawie tych odkryć naukowcy zaproponowali nowe kombinacje materiałowe umożliwiające produkcję wydajniejszych hybrydowych ogniw słonecznych. Gęste warstwy siarczku antymonu wyprodukowano i poddano testom w ogniwach słonecznych z udziałem polimeru jako przewodnika niedomiarowego, wykazując wydajność powyżej 3%. Biorąc pod uwagę, że materiał nieorganiczny stanowił główny aktywny składnik, tego typu ogniwa słoneczne sklasyfikowano jako nieorganiczne przetwarzane roztworowo. Projekt CHOIS przyczynił się do dalszego pogłębienia wiedzy na temat mechanizmów hybrydowych ogniw słonecznych i określenia sposobu produkcji ogniw efektywnych. Powinno to pobudzić rozwój hybrydowych ogniw słonecznych z heterozłączem przetwarzanym roztworowo, torując drogę ku produkcji alternatywnych i niedrogich ogniw.
Słowa kluczowe
Ogniwa słoneczne, hybrydowe ogniwa słoneczne, hybrydowe nieorganiczno–organiczne, metody spektroskopowe
