Świetlana przyszłość drukowanych elementów fotowoltaicznych dzięki innowacjom
Drukowane elementy fotowoltaiczne, które pozwalają na przetwarzać światło słoneczne na energię elektryczną, oferują szereg korzyści. Są lżejsze od tradycyjnych wafli fotowoltaicznych, a ich masowa produkcja może być znacznie tańsza niż w przypadku dotychczasowych rozwiązań. W związku z tym zostały uznane za obiecujące źródło odnawialnej energii elektrycznej, które może znaleźć szerokie zastosowanie w przyszłości. „Potencjał redukcji kosztów druku modułów fotowoltaicznych może być prawdziwym przełomem”, wyjaśnia główny badacz projektu Sol-Pro Stelios Choulis, założyciel i dyrektor Jednostki Badawczej ds. Elektroniki Molekularnej i Fotoniki działającej przy Cypryjskim Uniwersytecie Technicznym. „Linia produkcyjna umożliwiająca drukowanie elementów fotowoltaicznych w technice roll-to-roll umożliwi produkcję w ciągu zaledwie kilkudziesięciu godzin liczby modułów porównywalnej z roczną produkcją zakładów wytwarzających klasyczne wafle fotowoltaiczne”. Osiągi drukowanych elementów fotowoltaicznych dorównują obecnie ich krzemowym odpowiednikom. Kluczowym wyzwaniem pozostaje jednak zagwarantowanie, że organiczne i hybrydowe perowskitowe materiały optoelektroniczne wykorzystywane w produkcji drukowanych elementów fotowoltaicznych będą pozostawały stabilne w dłuższej perspektywie czasowej, jako niezbędnego warunku, który pozwoli na wykorzystanie ich w przyszłych rozwiązaniach zapewniających zrównoważoną przyszłość Europy. Moduły fotowoltaiczne stanowią jedną z kluczowych technologii umożliwiających dekarbonizację europejskiego systemu energetycznego. W praktyce UE musi doprowadzić do zwiększenia zainstalowanej mocy swoich elektrowni fotowoltaicznych z obecnych 117 GW do ponad 630 GW do 2025 roku, natomiast w 2050 roku ogniwa muszą wytwarzać aż 1,94 TW energii, by pokryć 100 % zapotrzebowania na energię elektryczną ze źródeł odnawialnych.
Optymalizacja osiągów ogniw słonecznych
Projekt Sol-Pro finansowany ze środków Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych zajął się poszukiwaniem rozwiązań niektórych problemów związanych z ogniwami fotowoltaicznymi. W ramach swoich prac zespół pod kierownictwem Choulisa przeprowadził analizy drukowanych materiałów oraz modułów fotowoltaicznych pod kątem możliwości zwiększenie ich opłacalności oraz niezawodności w całym okresie eksploatacji. W tym celu badacze zajęli się testowaniem nowych materiałów. Dodatkowo w ramach prac powstały innowacyjne metody syntezy i przetwarzania materiałów optoelektronicznych, których celem było precyzyjne kontrolowanie najważniejszych elementów, takich jak wielkość nanocząsteczek i ich krystaliczność. Wszystkie te usprawnienia pozwoliły na zwiększenie wydajności oraz niezawodności elementów fotowoltaicznych. „Byliśmy również w stanie wykazać, że wiele aspektów fizycznych i inżynieryjnych, od których uzależnione jest działanie drukowanych elementów fotowoltaicznych, dotyczy złącz występujących w tych urządzeniach”, dodaje Choulis. „To z kolei pozwoliło nam na opracowanie wysokiej jakości złącz optymalizujących osiągi modułów”. Zespół wykazał również, że nowe metody obróbki powierzchni pomiędzy warstwami oraz metody obróbki przyrostowej warstwy aktywnej pozwalają na drastyczne zwiększenie wydajności w całym okresie eksploatacji w warunkach zwiększonej wilgotności oraz wysokich temperatur.
Wytwarzanie energii na miarę przyszłości
Choulis jest przekonany, że osiągnięcia projektu Sol-Pro okażą się pozytywnym bodźcem, który przyczyni się do rozwoju technologii druku tanich i wielkopowierzchniowych modułów fotowoltaicznych na potrzeby wytwarzania energii. Zespół z powodzeniem wykazał, że uwzględnienie w konstrukcji drukowanych modułów warstw blokujących dyfuzję pozwala na zwiększenie wytrzymałości cieplnej takich urządzeń. „Każda z tych innowacji może zostać włączona do procesu produkcji drukowanych modułów fotowoltaicznych przy użyciu technologii roll-to-roll”, twierdzi. „Wszystkie stanowią bowiem proste sposoby na zmniejszenie luk pod względem wydajności, stabilności i niezawodności dzielących drukowane i klasyczne ogniwa”. Badacze skupieni wokół projektu Sol-Pro określili również szereg ograniczeń dotyczących całego okresu eksploatacji ogniwa, w związku z którymi przystąpili do realizacji nowego finansowanego przez Unię Europejską projektu RoLA-FLEX, którego celem jest rozwiązanie tych problemów. W ramach wspomnianego projektu zostaną również podjęte dalsze działania w zakresie wytwarzania tanich elektrod przy pomocy nowatorskich metod drukowania. Dotychczasowe rezultaty badań realizowanych w ramach projektu Sol-Pro przełożą się na wymierne korzyści dla producentów materiałów elektronicznych, substancji chemicznych, sprzętu drukarskiego oraz drukowanych modułów fotowoltaicznych. Co więcej, duża część opracowań projektu została opublikowana w modelu otwartego dostępu, dzięki czemu stanowią doskonały punkt wyjścia dla rozwoju niezawodnych i wytrzymałych drukowanych modułów fotowoltaicznych nowej generacji.
Słowa kluczowe
Sol-Pro, fotowoltaika, światło słoneczne, energia elektryczna, elektryczny, odnawialna, energia
