Panchromatyczne ogniwa słoneczne do skuteczniejszego przetwarzania energii słonecznej
W DSSC barwnik światłoczuły absorbuje fotony i wykorzystuje ich energię do wzbudzenia elektronów. Wzbudzone elektrony są zwykle przenoszone do nanokrystalicznej warstwy dwutlenku tytanu, jednak przetwarzanie wysokotemperaturowe wymagane do obróbki tytanu nie jest kompatybilne z tanimi metodami wytwarzania, a użycie barwników zazwyczaj utrudnia wykorzystanie ogniw panchromatycznych. W odpowiedzi na to wyzwanie naukowcy biorący udział w finansowanym przez UE projekcie NANOMATCELL (Novel environmentally friendly solution processed nanomaterials for panchromatic solar cells) odkryli innowacyjne materiały i technologie do produkcji wysokowydajnych ogniw fotowoltaicznych przygotowywanych z roztworu. Dzięki wykorzystaniu zasobnych i/lub nietoksycznych nanomateriałów półprzewodnik uzyskał optymalną przerwę energetyczną i bardzo wysoki współczynnik absorpcji, tak aby mógł pozyskać maksymalną ilość światła słonecznego. Zespół opracował nowatorskie strategie syntezy, wzrostu i domieszkowania półprzewodnikowych nanokryształów, nanoprzewodów i perowskitów. Obejmują one nową metodę produkcji przyjaznych dla środowiska koloidalnych nanokryształów półprzewodnikowych ze strojoną przerwą energetyczną oraz bardzo wysokimi współczynnikami absorpcji. Budowa materiałów perowskitowych została zoptymalizowana dzięki wykorzystaniu specjalnie wyprodukowanych materiałów, zawierających akceptory elektronów i dziur elektronowych. Ponadto udało się wytworzyć nowe barwniki dla fal o krótkiej długości i dla zwiększonej absorpcji w zakresie bliskiej podczerwieni w celu wykorzystania większej części widma. Udało się wytworzyć ogniwa fotowoltaiczne o rekordowej wydajności, zbudowane z koloidalnych kropek kwantowych, które wykazywały wyjątkową fotostabilność. Dodatkowo zademonstrowano pierwsze wysokowydajne (9,6%) ogniwo fotowoltaiczne PbS QD (wykorzystujące kropki kwantowe siarczku ołowiu(II)) o wysokiej fotostabilności. Dzięki uzyskaniu rekordowej wydajności perowskitowych ogniw fotowoltaicznych (w wysokości 20%) UE stała się jednym z wiodących ośrodków w tej dziedzinie badań. Naukowcy zademonstrowali także pierwsze w historii nieorganiczne ogniwo fotowoltaiczne w stanie stałym przygotowywane z roztworu w niskiej temperaturze oraz w zwykłych warunkach, zbudowane wyłącznie z nietoksycznych materiałów zgodnie z wytycznymi dotyczącymi ograniczenia stosowania substancji niebezpiecznych (RoHS). Zatem naukowcy w ramach NANOMATCELL dokonali znaczącego przełomu poprzez wykazanie po raz pierwszy w historii, że wybitne wyniki można osiągnąć, używając nanomateriałów przyjaznych środowisku. Omawiane badania utorują drogę do szybkiego komercyjnego zastosowania ogniw oraz wdrożenia ich na większą skalę (np. w formie nadającej się do ubrania lub do budowy zintegrowanych systemów fotowoltaicznych i rozproszonych sieci energetycznych) bez ryzyka dotyczącego niespełnienia norm procesów recyklingu w zamkniętym obiegu. Wyniki badań NANOMATCELL zostały opublikowane w recenzowanych czasopismach naukowych. Zatem, dzięki skutecznemu wytworzeniu ogniw fotowoltaicznych o rekordowej wydajności w swojej klasie, inicjatywa ta była kluczowa w kreowaniu Europy na poważnego gracza w dziedzinie badań nad cienkowarstwowymi ogniwami fotowoltaicznymi przygotowywanymi z roztworu.
Słowa kluczowe
Barwnikowe ogniwa fotowoltaiczne, barwnik światłoczuły, fotony, produkcja, NANOMATCELL, dwutlenek tytanu, nanokryształy, nanoprzewody, fotostabilny, ograniczenie stosowania substancji niebezpiecznych
