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.

structure-of-perovskite-compounds.jpg
Krystalická struktura peroskvitu AMX 3


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