Grafén, perovskity a kremík – ideálna kombinácia pre efektívne solárne články

Vedci z University of Rome Tor Vergata, Talianskeho technologického inštitútu (IIT) a jej spin-off spoločnosť, člen Graphene Flagship spoločnosť BeDimensional, v spolupráci s agentúrou ENEA úspešne kombinovali grafén s tandemovými perovskitovo-kremíkovými solárnymi článkami, pričom dosiahli účinnosť až do 26,3%.

Okrem toho navrhli nový výrobný postup, ktorý vďaka univerzálnosti grafénu umožňuje znížiť výrobné náklady a mohol by viesť k výrobe veľkoplošných solárnych panelov. Tandemové solárne články na báze grafénu takmer zdvojnásobujú účinnosť čistého kremíka.

Fyzikálne zákony obmedzujú maximálnu účinnosť kremíkových solárnych článkov na 32%. Z tohto dôvodu vedci strávili celé desaťročia skúmaním iných alternatív, ako sú III-V polovodiče či perovskity. Posledne menované však predstavuje niekoľko výrobných problémov a zvýšenie výroby solárnych panelov je kľúčovým krokom k úspechu. S „tandemovými bunkami“ vedci predtým kombinovali výhody kremíka a perovskitov – stabilita, efektívnosť a výroba vo veľkom meradle sa však zdali neuskutočniteľným snom.

Publikácia uverejnená v časopise Joule s názvom „Mechanically stacked, two-terminal graphene-based perovskite/silicon tandem solar cell with 25.9% stabilized efficiency“ je ďalším dôkazom, že grafén a súvisiace vrstvené materiály umožnia komercializáciu efektívnejších a menej nákladných veľkoplošných solárnych panelov.

Aldo di Carlo, vedúci vedecký pracovník z University of Rome Tor Vergata, vysvetľuje: „Náš nový prístup k výrobe tandemových solárnych článkov využívajúcich grafén poskytuje dvojitú výhodu. V prvom rade je možné ho použiť na vylepšenie rôznych typov perovskitových solárnych článkov, ktoré sú v súčasnosti k dispozícii, vrátane tých, ktoré sa spracovávajú pri vysokých teplotách. Ale čo je dôležitejšie, môžeme začleniť náš grafén pomocou zaužívaných výrobných metód, čo je kľúčom k ďalšiemu rozvoju našich technológií v priemysle a výrobe veľkoplošných solárnych panelov na báze grafénu. “

Francesco Bonaccorso, spoluautor článku a spoluzakladateľ Graphene Flagship spin-off spoločnosti BeDimensional, hovorí: „Tento inovatívny prístup je prvým krokom k rozvoju tandemových solárnych článkov, ktoré prinášajú vyššiu účinnosť ako je limit kremíkových zariadení. Vrstvené materiály budú pri dosahovaní tohto cieľa kľúčové. “

Emmanuel Kymakis z Graphene Flagship, hovorí: „Existujú určité problémy s kompatibilitou, ktoré je potrebné vyriešiť. Táto priekopnícka práca však ukazuje, že integrácia atramentov na báze grafénu s  požadovanou morfológiu a laditeľnými optoelektronickými vlastnosťami v tandemovej štruktúre, môže viesť k vysokovýkonnému priemyselnému spracovaniu. Grafén a súvisiace materiály zlepšujú výkon, stabilitu a škálovateľnosť týchto zariadení. Skladaná konfigurácia kremík-perovskit bude pôsobiť ako základ nového grafénu projektu Spearhead GRAPES v rámci Graphene Flagship, v ktorom sa uskutoční pilotná výroba tandemových solárnych článkov založených na grafénovo-perovskitovej báze a kremíku, ktoré pripravia cestu, aby sa prelomili hranicu 30%  účinnosti a výrazne sa znížili náklady na výrobu energie.“

 

Andrea C. Ferrari, vedecký a technologický riaditeľ Graphene Flagship, dodáva: „Aplikácia grafénu a súvisiacich materiálov na výrobu slnečnej energie bola uznaná za strategickú prioritu od začiatku existencie Graphene Flagship. Tento rok zriaďujeme solárnu farmu využívajúcu grafénové články. Tieto nové výsledky podporujú našu snahu v nasledujúcich troch rokoch o výrobu panelov, ktoré definujú najmodernejší stav. To tiež ukazuje, ako sa práca Graphene Flagship výrazne zhoduje s prácou OSN. Cieľom je trvalo udržateľný rozvoj. “

 

Zdroj: https://phys.org/

Ilustračné foto: https://phys.org/

Spracovala: MS