Da li su perovskitne solarne ćelije nova generacija jeftinijih i efikasnijih solarnih ćelija

Zbog sve veće potrebe za pronalaženjem efikasnih i održivih izvora energije, tehnologija solarnih panela konstantno napreduje. Kada se govori o napretku kod solarnih panela, uglavnom se misli na smanjenje njihove cijene i poboljšanja efikasnosti transformisanja svjetlosti u električnu energiju. Sa porastom cijene fosilnih goriva i konstantnim smanjenjem cijene proizvodnje solarnih panela više nije pitanje da li će solarna energija zamijeniti energiju dobijenu u termoelektranama, već kada će se to dogoditi. 

Vrste solarnih ćelija

Solarne ćelije se mogu podijeliti na one koje sadrže neorganske i organske fotovoltažne materijale. Obije vrste solarnih ćelija imaju svoje prednosti i mane.

Danas se najviše koriste solarne ćelije sa neorganskim fotovoltažnim materijalima (uglavnom silicijum). Ovakve solarne ćelije imaju mogućnost konvertovanja svjetlosti u električnu energiju sa efikasnošću od oko 20%, a rok trajanja iznosi 25 godina. Nedostaci ovih solarnih ćelija je cijena silicijuma koja je prilično visoka. 

Solarne ćelije sa organskim materijalima predstavljaju ekonomično rješenje zbog niske cijene upotrebljivanih materijala. Međutim, njihova efikasnost ne prelazi 10% i rok trajanja je značajno manji nego kod neorganskih solarnih ćelija. Razlog je to što organski materijali brzo degradiraju pod uticajem svjetlosti što smanjuje rok trajanja solarnih panela pa neki od njih imaju rok trajanja manji od godinu dana.

Idealna solarna ćelija bi trebala biti građena od materijala koji je dugotrajan, omogućava visoku efikasnost i ima nisku cijenu. Nazire se da bi ovo moglo biti moguće sa materijalom koji se naziva Perovskit. 

Perovskitne solarne ćelije

Perovskitom se nazivaju sva jedinjenja koja imaju istu strukturu kao kalcijum titanat (CaTiO3) koji je otkriven 1839, godine. Otkrio ga je njemački mineralog Gustav Rouz i dao mu ime po ruskom kolegi Lavu Aleksejeviču Perovskom. Perovskit karakteriše njegova kompoziciona fleksibilnost tj. mogućnost kombinovanja različitih elemenata za formiranje njegove strukture. Ovo istraživačima pruža mogućnost kombinovanja različitih elemenata kako bi se poboljšale fizičke, optičke i električne karakteristike perovskita. 

Naučnici su prvi put 2012. godine uspjeli napraviti tankoslojnu perovskitnu solarnu ćeliju sa efikasnošću od 10%. Od tada pa do danas, efikasnost solarnih perovskit ćelija je značajno rasla pa današnji rekord u laboratorijskim uslovima iznosi 25%.

Još jedan pravac razvoja solarnih ćelija koji se razmatra je izrada hibridnih solarnih ćelija koje bi kombinovale perovskit i silicijum. Kako silicijum apsorbuje crvenu svjetlost vidljivog spektra, a perovskit plavu, kombinovanjem ova dva materijala bi se povećala efikasnost čak do preko 40%. Trenutna maksimalno postignuta efikasnost ovakvih ćelija iznosi 29%, što je bolje od rekordne efikasnosti čisto silicijumskih solarnih ćelija koja iznosi 27%.

Sa ovakvim napretkom u pogledu efikasnosti, perovskit solarne ćelije bi mogle biti nova generacija jeftinih, trajnih i visokoefikasnih solarnih ćelija. Još jedna prednost perovskitnih solarnih ćelija je to što su lake, fleksibilne i mogu biti polu-prozirne. Ovo pruža mogućnost njihove aplikacije na prozorima ili na staklenim fasadama. 

Budući ciljevi istraživanja

Iako mnogo kompanija u svijetu već kreće u industrijsku proizvodnju solarnih ćelija od perovskita, mnogi istraživači i dalje pokušavaju da riješe određene izazove i probleme koji bi doveli do još boljih performansi i stabilnosti ovih solarnih ćelija.

Iako je perovskit tolerantan na oštećenja, ona i dalje dovode do slabljenja performansi solarnih ćelija pa neki istraživači i dalje istražuju načine kako da poboljšaju efikasnost tj. smanje njenu zavisnost od oštećenja. Drugi istraživači pokušavaju naći nove formulacije perovskita koji bi poboljšali performanse kombinovanih silicijum-perovskit solarnih ćelija.  

Buduća istraživanja će takođe biti usmjerena na smanjivanju uticaja spoljašnje sredine na perovskitne solarne ćelije kako bi se povećala njihova trajnost. Još jedna zabrinutost vezana za perovskitne solarne ćelije je činjenica da sadrže male količine olova koje ima određenu toksičnost. Ovo motiviše naučnike da dođu do alternativne kompozicije koja bi omogućila proizvodnju solarne ćelije bez upotrebe olova.