Соларни панели Перовските

Супстанца позната научницима више од стотину година, тек данас, на почетку КСКСИ века, показала се као врло обећавајући материјал за производњу јефтиних и ефикасних соларних ћелија. Перовските, или калцијум титанат, први пут пронађен у облику минерала од немачког геолога Густава Роса на Уралским планинама 1839. године и назван по грофу Леву Алексејевичу Перовском, славном државнику и сакупљачу минерала, хероју из Домовинског рата 1812. године, показао се као најприкладнији кандидат за улога алтернатива силицијуму у производњи соларних ћелија.

Као супстанца, донедавно се калцијум титанат широко користио само као диелектрик за вишеслојне керамичке кондензаторе. А сада то покушавају да примене за изградњу веома ефикасних соларних панела, јер се испоставило да овај материјал савршено апсорбује светлост.

Обичан, дуго традиционалан силицијум соларни панели при дебљини од 180 микрона апсорбују онолико светлости колико ће перовскит апсорбирати дебљином од само 1 микрона. Перовскит је, баш као и силицијум, полуводич, и под утицајем светлости преноси електрични набој на исти начин, али спектар светлости претворен у електричну енергију у перовскиту је шири од силикона.

Структура кристалне супстанце калцијум титаната идентична је структури минерала перовскита, па је њихово име исто. И управо је та супстанца данас на једном од водећих мјеста у рангирању путова оптимизације за соларну енергију.

Ствар је у томе што соларни панели на бази силицијума данас у просеку коштају 75 центи по 1 кВ, а соларни панели на бази перовскита смањиће њихове трошкове на 10-15 центи по 1 кВ, односно, перовските соларна технологија за 5-7 пута јефтинији од силицијума и у производњи батерија и у њиховом раду, а количина произведене електричне енергије је иста.

И то упркос чињеници да аналитичари енергетске индустрије тврде да већ по цени од 50 центи по 1 кВ, соларна енергија постаје конкурентна фосилним горивима. Односно, прелазак на перовските на глобалном нивоу смањиће трошкове производње електричне енергије са временом, док ће сам процес производње панела бити врло једноставан.

Студије за процену и побољшање ефикасности соларних ћелија на бази перовскита спроводе се у многим земљама: у Аустралији, Мартин Греен, Швајцарска, Мицхаел Гретзел, у САД, Хенри Саинт, Фелик Десхлер, Леаминг Даи и Кореји, Сок Санг Ил. Истраживачи једногласно изјављују да су ниски трошкови и велика ефикасност обећавајуће технологије.

Мицхаел Гретзел тврди да се ефикасност коју је постигао у 15% лако може повећати на 25%, а јефтине соларне ћелије које су тренутно на располагању не досежу 15%. Први пут, 2009. године, када су само говорили о могућностима коришћења перовскита за соларну енергију, добијена је ефикасност од 3,5%, а ћелије су биле краткотрајне, пошто је течни електролит растварао перовскит, а чим су научници имали времена да мере, батерија је престала да ради.

Међутим, након три године, течни електролит је замењен чврстим, а ћелије су постале стабилније, а ефикасност се прво удвостручила, а затим поново удвостручила. Неколико електрично проводљивих слојева подлоге, од којих је један премазан пигментом, решио је проблем и отворио изглед. Кораци за побољшање ефикасности не престају до данас, научници користе, између осталог, стандардне методе оптимизације које су служиле за побољшање прекурсора силицијума.

Мицхаел Гретзел је сигуран да ће 25% ефикасност довести до револуције соларне енергије.Професор из Аустралије Мартин Греен, један од пионира у истраживању, тврди да су батерије без силикона толико једноставне за производњу и ефикасне за руковање, да дефинитивно постоји сигурност да је будућност соларних панела на Перовските светла, јер прелиминарне процене већ предвиђају велико смањење цене - на 7 пута.

Група истраживача из Кореје, под водством Сок Санг Ил-а, развила је сопствену формулу мешањем оловног амонијум-бромида са оловним формамидин-јодидом, научници су постигли такву структуру перовскита да су поставили рекордну ефикасност од 17,9%. Употреба мешавине омогућиће штампање соларних ћелија, а њихова цена ће се додатно смањити. Проблем остаје - материјал се раствара у води, а осим тога величина ћелија у тестовима није прелазила 10 квадратних мм, па се истраживање наставља.

Процес производње соларних ћелија из перовскита чини се истраживачима прилично једноставан. Течност се једноставно прска по површини или наноси у облику паре, што је технолошки врло једноставно реализовати. Неколико слојева материјала наноси се на металну фолију или стакло, од којих је један перовскит.

Овде су потребни други материјали како би се олакшало кретање електрона унутар елемента. Процес производње близу је идеалног. Физичар са Универзитета Окфорд Хенри Саинт, који ради на развоју перовскитних ћелија у Сједињеним Државама, уверен је да ће се слојеви соларних панела наносити једнако лако као и обична боја на површини.

Упркос растућим изгледима, научници су подељени у два табора. Први се залажу за унапређење силиконских батерија које су већ постале традиционалне, док друге заговарају стварање потпуно нових, ефикаснијих. Дакле, Мартин Греен сматра да се перовскит може користити као додатак силицијумским батеријама, комбинујући силицијум са перовскитом и тако смањити трошкове вата електричне енергије произведене без значајних губитака за силицијумску индустрију. Мицхаел Гретзел је, напротив, уверен да су нова дешавања важна, а трошкови повећања ефикасности нових фотоћелија исплатиће се много пута.

Многе компаније већ раде на комерцијалној имплементацији производа, јер упркос чињеници да се могућности перовскита тек почињу препознавати, водећи стручњаци за област соларне енергије већ су скренули пажњу на будућност. Аустралијске и турске компаније заједно су активно приступиле комерцијализацији соларних панела из перовскита, а према прогнозама, до 2018. године они ће бити представљени на светском тржишту.

Упркос оптимизму неких компанија, искуство показује да је обично потребно око десет година да нова технологија крене из лабораторија на тржиште, а за то време силицијумске батерије могу добро да надмаше перовските. Узгред, Гретзел продаје лиценцу за нову технологију компанијама које намеравају да следе традиционални начин силикона.

Конкуренција на тржишту соларне енергије је такође велика, а са њом се суочава и сваки нови играч. Цена силиконских панела је смањена, а према неким аналитичарима може пасти и на 25 центи по 1 кВ, што у потпуности одузима предности перовските технологије.

Присуство мале количине олова у пигменту, који је токсичан, остаје проблем. Предстоје експерименталне студије које ће открити колико је токсичан перовскит. Вриједно је обратити пажњу на одлагање рабљених батерија, као што је то случај са стартер акумулаторима. Али у принципу уместо олова се може користити калај или нешто слично.

У међувремену, истраживачи из Охаја, предвођени Леаминг Даиом, кренули су у електризирање електричних аутомобила помоћу соларних панела из перовскита. Развили су најповољнију комбинацију соларних панела са акумулаторима на електричним аутомобилима него икада раније.

Спајањем четири перовскитне батерије на литијумску батерију научници су постигли ефикасност од 7,8% у најефикаснијој конфигурацији до сада, што је надмашило претходна решења за комбиновање соларних ћелија са суперкондензаторима и батеријама.

Вишеслојни панели повећали су густину и стабилност енергије добијене од сунца. Тестови су показали да се три слоја перовскита по жељи претварају у један филм. Са једном ћелијском површином не већом од 10 квадратних мм, истраживачи су постигли ефикасност од 12,65% конвертера величине кованице, али узимајући у обзир претварање и складиштење енергије, ефикасност је била 7,8% у цикличком режиму.

Такви системи, према програмерима, у будућности ће моћи не само да пуне електричне аутомобиле, већ ће бити инсталирани и у облику флексибилног филма на каросеријама. Технологија делује идеално за електрична возила.

Изузетна је способност перовскита на реемисију. Научник са Универзитета у Кембриџу, Фелик Десцхлер, открио је да перовскит има јединствено својство. Када светлост уђе у материјал, енергија фотона се не претвара само у електричну енергију, део набоја се претвара у фотоне.

Ако панел може поново користити ове фотоне, тада ће прикупљена енергија постати још већа. Десхлерова група спровела је експеримент у коме је ласерски сноп концентрисан на одељењу перовскита дебљине 0,5 микрона, а светлост је поново емитирана другде у узорку. Силикон, на пример, нема способност преношења енергије у себи и поново га емитује.

Дакле, изгледи за перовските су огромни, и ко зна, можда ће бити отприлике у време када ће свака кућа и сваки аутомобил бити опремљени перовскитним акумулаторима, јер ће то постати економски неисплативо и није пожељно да загађује околину производима сагоревања фосилних горива.