Chiny ogłosiły historyczny przełom w polimerowej fotowoltaice

Jeszcze kilka lat temu polimerowe ogniwa słoneczne (organiczne ogniwa fotowoltaiczne) kojarzyły się głównie z laboratoryjnymi prototypami, które wprawdzie osiągały niezłe sprawności, ale po kilku miesiącach, a czasem tygodniach, ulegały szybkiemu rozkładowi. Największym hamulcem komercjalizacji pozostawała właśnie trwałość. Mmateriał organiczny degradował się bowiem pod wpływem tlenu, wilgoci, światła i temperatury.

Ale właśnie doczekaliśmy się przełomu. Badacze z Wuhan University of Technology ogłosili bowiem wynik, który wielu ekspertów nazywa przełomem zmieniającym perspektywę całej gałęzi. Zespół opracował nowe polimerowe ogniwo słoneczne o sprawności konwersji energii 19,1%, czyli wartości już bardzo bliskiej najlepszym laboratoryjnym wynikom w technologii OPV. Co najważniejsze, po 2000 godzinach ciągłej pracy na powietrzu (bez dodatkowej hermetyzacji) ogniwo zachowało 97% początkowej wydajności.

Oznacza to, że szacunkowy czas życia przekracza już 100 000 godzin, co w realnych warunkach odpowiada wielu latom eksploatacji. Klucz do sukcesu leżał w sprytnej modyfikacji mieszaniny materiałów. Jak ujawniają naukowcy, na bazie testów wprowadzili małe cząsteczki akceptorowe do matrycy polimerowej w taki sposób, aby rozplątać łańcuchy polimeru i wymusić bardziej uporządkowane ułożenie molekularne.

Dzięki temu, poprawiła się zarówno wydajność transportu nośników, jak i odporność na degradację oksydacyjną. Dlaczego to takie ważne? Polimerowe czy organiczne ogniwa (OPV) mają kilka unikalnych zalet, których nie oferuje klasyczna fotowoltaika krzemowa.

Najważniejsze atrybuty to: ekstremalnie niska waga (rzędu kilkudziesięciu gramów na m²), możliwość gięcia i zwijania (promień gięcia nawet < 2 cm), produkcja metodami roztworowymi (w praktyce druk 3D / druk offsetowy / roll-to-roll na wielkich powierzchniach i ostatczenie półprzezroczystość oraz możliwość barwienia (idealne do BIPV, okien, fasad, namiotów, elektroniki noszonej, dronów, pojazdów elektrycznych, IoT).

Właśnie dlatego tak długo czekano na moment, w którym trwałość przestanie być wąskim gardłem. Wynik Chińczyków nie jest jeszcze komercyjnym produktem, to ogniwo laboratoryjne, ale pokazuje, że bariera psychologiczna została przełamana. W ciągu ostatnich 18-24 miesięcy widzimy lawinowy postęp w stabilności OPV, od rzędu kilkuset godzin do kilku-kilkunastu tysięcy godzin w najbardziej obiecujących systemach.

Jeśli podobne parametry uda się przenieść na linie produkcyjne (co w Chinach dzieje się najszybciej na świecie), to eksperci od fotowoltaiki sądzą, że w perspektywie 2028-2032 możemy zobaczyć realne, tanie, lekkie i elastyczne aplikacje fotowoltaiczne w miejscach, gdzie dotychczas montaż klasycznych paneli był nieopłacalny lub wręcz niemożliwy. Na razie to laboratoryjny rekord, ale rekord bardzo głośny. Być może właśnie rozpoczął się ostatni etap przed wejściem polimerowej fotowoltaiki do masowej produkcji.

***

Bądź na bieżąco i zostań jednym z 90 tys. obserwujących nasz fanpage - polub GeekWeek na Facebooku i komentuj tam nasze artykuły!