Nowe ultracienkie ogniwo słoneczne: tanie, nietoksyczne i o większej sprawności
Badacze korzystający z pomocy oferowanej w ramach finansowanych ze środków UE projektów HEINSOL, PREBIST i DISCOVER opracowali nowy rodzaj ultracienkiego ogniwa słonecznego, który może być dużo lepszą alternatywą dla stosowanej obecnie technologii. Jest ono wykonane z nanokryształów zbudowanych z atomów srebra i bizmutu, co może pomóc zmniejszyć stosowanie w konstrukcji pierwiastków toksycznych, takich jak ołów, lub rzadkich, takich jak ind, które są dziś niezbędne do produkcji ultracienkich ogniw słonecznych. W pracy opublikowanej w czasopiśmie „Nature Photonics” badacze opisali, jak dzięki równomiernemu rozmieszczeniu atomów srebra i bizmutu na powierzchni materiału ogniwa można uzyskać większą absorpcję światła niż w przypadku innych materiałów fotowoltaicznych. Umożliwiło to wytworzenie większych ilości energii. Co więcej, te ekologiczne ogniwa słoneczne o grubości 30 nm osiągnęły sprawność konwersji energii na imponującym poziomie 9,17 %, co oznacza, że 9,17 % energii ze światła słonecznego udało się przekształcić na elektryczność. Ogniwa cechowały się również wysoką stabilnością w różnych warunkach otoczenia, co sugeruje niższą degradację ogniw w długim okresie czasu. „Cieszymy się, że zastosowane modele obliczeniowe pomogły w tak dużym stopniu zwiększyć sprawność bizmutowych ogniw słonecznych”, mówi Seán Kavanagh, współautor badania w ramach projektu DISCOVER i doktor z University College London, pełniącego rolę gospodarza projektu, w artykule opublikowanym na stronie internetowej tej uczelni. Obliczenia prowadzone na podstawie modeli kwantowomechanicznych wymagały w niektórych przypadkach użycia sieci ponad 10 000 procesorów pracujących równocześnie przez 24 godziny.
Dużo cieńszy profil w porównaniu z krzemowymi ogniwami słonecznymi
Nanokryształy na bazie bizmutu nie tylko zawierają nietoksyczne i powszechnie występujące pierwiastki, lecz są również niedrogie w produkcji. Materiał, z którego wykonane jest ogniwo, jest od 10 do 50 razy cieńszy niż obecne cienkowarstwowe panele fotowoltaiczne. Jest ponadto 1 000 razy cieńszy niż materiały wykorzystywane w fotowoltaice krzemowej, które są masywne, kosztowne i energochłonne w produkcji. „Wyniki pokazują, jak nasze badania nad chemicznymi i fizycznymi właściwościami materiałów mogą pomóc w opracowywaniu wydajnych i niedrogich urządzeń, a także wspierać budowanie zielonej gospodarki”, zauważa Kavanagh. „Urządzenia opisywane w pracy cechują się najlepszymi parametrami w zakresie stabilności, rozmiarów i sprawności wśród ekologicznych, nieorganicznych, przetwarzanych w niskiej temperaturze i roztworze ogniw słonecznych”, stwierdza w tym samym artykule główny autor badania, prof. Gerasimos Konstantatos z hiszpańskiego Instytutu Nauk Fotonicznych (hiszp. Institut de Ciencies Fotoniques, ICFO), pełniącego rolę gospodarza projektu HEINSOL i partnera projektu PREBIST. „Uzyskane wyniki bardzo nas cieszą i zamierzamy kontynuować nasze badania nad wykorzystaniem właściwości [precyzyjnie wytwarzanych nanokryształów] w fotowoltaice, a także w urządzeniach optoelektronicznych”. Znaczny wzrost sprawności ogniw słonecznych, który udało się dotychczas uzyskać przy wsparciu projektów HEINSOL (Hierarchically Engineered Inorganic Nanomaterials from the atomic to supra-nanocrystalline level as a novel platform for SOLution Processed SOLar cells), PREBIST (COFUND BIST PREDOCTORAL PROGRAMME) oraz DISCOVER (Design of Mixed Anion Inorganic Semiconductors for Energy Conversion), wskazuje, że możliwe są dodatkowe ulepszenia w tym zakresie. Jak mówi Kavanagh, „celem jest dalsze zwiększanie sprawności do poziomu porównywalnego z osiąganym przez krzemowe ogniwa słoneczne”. Więcej informacji: projekt HEINSOL strona projektu PREBIST projekt DISCOVER
Słowa kluczowe
HEINSOL, PREBIST, DISCOVER, ogniwo słoneczne, ultracienkie ogniwo słoneczne, energia, sprawność, bizmut, nanokryształ, atom, fotowoltaiczny
