Vliv vlhkosti na vysoce účinné perovskitové solární články

5. 5. 2015
Fotovoltaický efekt je ve své podstatě vytvoření napětí v materiálu v důsledku působení slunečního záření; což je princip, jak solární článek přeměňuje sluneční záření na elektrickou energii. Poprvé tento jev popsal Becquerel v roce 1839. Nicméně až do příchodu křemíkové technologie v roce 1950 byla efektivita konverze energie max 10 %.

V dnešní době tvoří křemíkové solární články zhruba 90 % všech vyrobených solárních článků. Účinnost přeměny u komerčních velkoplošných modulů je 13 - 18 %. Tyto články byly velmi úspěšné a jejich průmysl roste přibližně o 50 – 60 % ročně. Nicméně, globální výroba energie z solární energie stále činí méně než 0,1 % z celkové spotřeby energie. Pro zisk většího podílu globální energie ze slunečního záření je zapotřebí zcela nová technologie výroby.

Perovskitové solární články - budoucnost pro fotovoltaiku?

Perovskitové solární články mají obrovský potenciál poskytující sluneční energii za mnohem nižší cenu než tradiční technologie, protože mohou být vyráběny ve velkém pomocí elektronického tisku a z levných materiálů.
V posledních 2 letech se účinnost halogenidových perovskitových článků zdvojnásobila na téměř 20 %. Vzhledem k tomu hodnoty účinnosti nad 20 % lze reálně předpokládat, tak za použití levných organokovové halogenidových perovskitových materiálů jsou články považovány za velmi perspektivní fotovoltaiku.



Navíc tyto články jsou schopny získat napětí nad 1,1V, což je hodnota vyšší než u jiných polykrystalických solárních článků. Tím se otevírá možnost laminování perovskitových zařízení na svrchní části křemíkových nebo CIGS solárních článků, a tak se vytváří speciální solární články s účinností blížící se 30 % nebo i více.

Klíčovými vlastnostmi těchto perovskitů jsou snadnost výroby, silná adsorpce, nízká cena rekombinace nosičů. Další výhodou je jejich schopnost využít znalostí z 20 let vývoje souvisejícího se světlovcitlivými a organickými fotovoltaickými články. Negativní vlastností perovskitů je skutečnost, že olovo, které bylo hlavní složkou vysoce účinných peroskvitů, zvyšuje toxicitu životního prostředí při výrobě a likvidaci. V současnosti se zkoumá možnost náhrady cínem.

Paralelně s tímto vývojem se vědci kromě vylepšení základních vlastností zaměřují na stabilitu. Současné perovskitové solární články nejsou příliš stabilní a spolehlivé. Obecně podléhají degradaci při vystavení vlhkosti a UV záření. Zařízení jsou velmi citlivé na vlhkost, kdy rychle mění barvu a snadno vykazují hysterezi. Zlepšení stability perovskitového materiálu na světlo a vlhkost je v současnosti hlavním komerčním zájmem většiny studií. Bylo zjištěno, že perovskity se rozkládají v prostředí s vysokou vlhkostí a proto je stabilita perovskitů vůči vlhkosti rozhodující pro zvýšení absolutní výkonnosti a zároveň i lepší chápání výroby a základních procesů.

V poslední době se značný počet výzkumných pracovníků se obrací k sérii GenRH generátorů vlhkosti pro urychlení jejich pochopení účinků vlhkosti při výrobě, skladování a použitelnosti těchto nových článků.

Reference
[1] Nam-Gyu Park, Perovskite solar cells: an emerging photovoltaic technology Materials today Volume 18, Issue 2, March 2015, Pages 65–72
[2] Martin A. Green, Anita Ho-Baillie and Henry J. Snaith The emergence of perovskite solar cells .NATURE PHOTONICS | VOL 8 | JULY 2014 | www.nature.com/naturephotonics
[3] Guangda Niu, Wenzhe Li, Fanqi Meng, Liduo Wang, Haopeng Dong ,Yong Qiu
Study on the stability of CH3NH3PbI3 films and the effect of post-modification by aluminum oxide in all-solid-state hybrid solar cells. J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 705–710