Ogniwa perowskitowe – czym są perowskity i jakie mają zastosowanie w fotowoltaice?

Perowskity to niezwykle gorący temat w świecie energii odnawialnej, który może zrewolucjonizować produkcję paneli fotowoltaicznych – na dodatek nasz kraj ma w tym swój ogromny udział! Co zatem kryje się pod tą tajemniczą nazwą? A przede wszystkim, na czym polega powiązanie perowskitów z fotowoltaiką i w jaki sposób ogniwa wykonane z tego minerału mogą zmienić pozyskiwanie energii ze słońca? 

Na wszystkie te pytania odpowiemy w tym artykule!

Czym są perowskity?

Perowskit to materiał, który występuje naturalnie w przyrodzie. Został po raz pierwszy odnaleziony w 1838 roku w górach Ural. Swoją nazwę zawdzięcza z kolei rosyjskiemu mineralogowi L.A. Perowskiemu. Prawdziwy perowskit to minerał, który składa się z wapnia, tytanu i tlenu (CaTiO3). Z kolei wszystko, co przyjmuje formę ABX3 określane jest terminem „struktury perowskitu”. W świecie paneli słonecznych tych pojęć używa się jednak zamiennie.

Warto również pamiętać, że perowskit występujący w naturalnej postaci nie posiada przydatnych ludzkości właściwości, gdyż nie przewodzi prądu. Wyłącznie perowskity ze zmienioną strukturą, które zostały wytworzone w laboratoriach, posiadają ciekawe właściwości.

Zalety ogniw perowskitowych

Perowskit to minerał, który znajduje szereg zastosowań m.in. w elektryce, czy budownictwie. Zastosowanie odpowiednich molekuł/atomów w strukturze tego minerału pozwala uzyskać różnorodne właściwości – od ogromnej magnetooporności, po nadprzewodność. Z tego powodu perowskity są obiektem zainteresowań fizyków, chemików i materiałoznawców, którzy mają ogromną swobodę w eksperymentowaniu z tym minerałem.

Wydajne perowskity, których właściwości mogą być przydatne dla ludzkości, bazują na halogenkach metali z grupy IV – a najczęściej ołowiu. Trwają jednak prace badawcze nad znalezieniem innych struktur, dzięki którym możliwe będzie zastosowanie perowskitów w innych dziedzinach życia.

Perowskitowe ogniwa słoneczne – czyli krok w przód

Dążenie do pokonania ograniczeń wydajności i trwałości ogniw PV – to główne założenia wszelkich przedsięwzięć stanowiących fundament działań dla powszechnego wykorzystania perowskitów w fotowoltaice. Innym istotnym powodem, dla którego ten materiał stał się obiektem zainteresowań producentów paneli słonecznych jest tańszy koszt produkcji ogniw PV z materiałów perowskitowych.

Warto wspomnieć, że w kwestii nowoczesnych ogniw słonecznych z perowskitu swój największy udział miała polka – dr Olga Malinkiewicz pełniąca funkcję Chief Technology Officer w Saule Technologies. Podczas swojej pracy w Hiszpani opracowała ona metodę wykorzystującą struktury perowskitów na dowolnym materiale. Za przełomowe odkrycie dr Olga Malinkiewicz otrzymała w 2014 roku główną nagrodę w konkursie naukowych Photonics21, który został zorganizowany przez Komisję Europejską. Polska fizyk została również odznaczona Krzyżem Kawalerskim Orderu Odrodzenia Polski za wybitny wkład w rozwój polskiej nauki.

Zalety perowskitowych ogniw fotowoltaicznych

Ogniwa perowskitowe są ultracienkie i tak jak już wspomnieliśmy – tanie w produkcji. Wykazują się również wysoką elastycznością. Pokonują zatem przeszkody konstrukcyjne, z którymi nie są w stanie poradzić sobie tradycyjne ogniwa. Metoda opracowana przez dr Olgę Malinkiewicz polega bowiem na produkcji druku atramentowego arkuszy perowskitu o dowolnym kształcie, a nawet dowolnym kolorze. Teoretycznie takie arkusze będą mogły znajdować się w niedalekiej przyszłości na karoserii samochodu, kadłubach statków powietrznych, oknach, czy nawet na ubraniach. 

Łatwo więc zauważyć powód, dla którego panele perowskitowe budzą taki entuzjazm. Odkrycia dr Olgi Malikiewicz mogą być przełomowe i zmienić nasze podejście do energii pozyskiwanych ze źródeł odnawialnych. Arkuszami perowskitowymi w założeniu będzie można nanieść na elewacje hal produkcyjnych i magazynowych, co stwarza jeszcze większą powierzchnię do przekształcania energii słonecznej w elektryczną.

Czy ogniwa perowskitowe są produkowane na szeroką skalę? 

Pomimo wieloletnich badań nad zastosowaniem perowskitów w fotowoltaice, dopiero w maju 2021 Saule Technologies rozpoczęła produkcję ogniw perowskitowych we Wrocławiu. Spółka została dofinansowana przez firmę Columbus Energy oraz japońskiego inwestora i multimilionera Hideo Sawady. Saule Technologies zebrało również kilkadziesiąt milionów euro w ramach unijnego programu Horyzont 2000.

Już teraz założyciele firmy mówią o ogromnym zainteresowaniu głównie ze strony branży deweloperskiej przekraczającym możliwości produkcyjne fabryki we Wrocławiu. Firma Saule Technologies planuje zatem szereg inwestycji, które mają na celu rozwiązać ten problem. Osoby zatrudnione w firmie mówią o projekcie linii przemysłowej pozwalającej na zwiększenie wydajności do 100 MW rocznie. 

Saule Technologies zamierza również wyemitować akcje na Giełdzie Papierów Wartościowych i tym samym pozyskać kapitał na rozwój. Firma wierzy w ogromny sukces przedsięwzięcia i ekspansję na rynki międzynarodowe. Najważniejszym celem jest jednak zrewolucjonizowania podejścia do pozyskiwania energii ze źródeł odnawialnych i uczynienia go ekonomicznym, ekologicznym i powszechnie stosowanym.

Podsumowanie

Perowskity to temat, którym zdecydowanie warto się zainteresować. Rozwój technologii pozyskiwania energii ze źródeł odnawialnych jest wymagany, jeżeli chcemy ograniczyć negatywne oddziaływanie człowieka na środowisko. Fotowoltaika za sprawą perwoskitów w niedalekiej przyszłości może stać się bardzo łatwo dostępna, skuteczna i tania.

Autor