Τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη βγάζουν το προβάδισμα

Η απόδοση των νεοεισερχόμενων υλικών ηλιακών κυψελών που ονομάζονται περοβσκίτες έχει εκτιναχθεί στα ύψη τους τελευταίους μήνες. Αλλά εξακολουθούν να έχουν μεγάλα προβλήματα όταν πρόκειται να εργαστούν σε πραγματικές ρυθμίσεις. Για αρχή, οι καλύτεροι περοβσκίτες περιέχουν μόλυβδο, ο οποίος είναι εξαιρετικά τοξικός. Τώρα, δύο ανεξάρτητες ερευνητικές ομάδες αναφέρουν ότι κατασκευάζουν ηλιακά κύτταρα με περοβσκίτες χωρίς μόλυβδο. Μέχρι στιγμής, οι νέες συσκευές μετατρέπουν μόνο το 6% περίπου της ενέργειας του ηλιακού φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια, λιγότερο από το ένα τρίτο όσο κάνουν οι εκδόσεις που περιέχουν μόλυβδο. Αλλά αυτό είναι περίπου το πόσο αποτελεσματικές ήταν οι συσκευές με μόλυβδο μόλις πριν από 3 χρόνια. Επομένως, εάν οι εκδόσεις χωρίς μόλυβδο βελτιωθούν τόσο γρήγορα όσο τα ξαδέρφια τους με μόλυβδο, θα μπορούσε να βοηθήσει να προωθηθούν οι περοβσκίτες στην αγορά.

Οι περοβσκίτες είναι μια ευρεία κατηγορία κρυσταλλικών ορυκτών που είναι γνωστά εδώ και έναν αιώνα. Αλλά η ικανότητά τους να μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική ήρθε στο φως μόλις το 2009. Έκτοτε, η απόδοση των ηλιακών κυψελών περοβσκίτη έχει ανέβει από 3,8% σε 19,3%, ρυθμός βελτίωσης που δεν συγκρίνεται με οποιαδήποτε άλλη ηλιακή τεχνολογία. Συγκριτικά, τα ηλιακά κύτταρα κρυσταλλικού πυριτίου, η κορυφαία εμπορική τεχνολογία, μετατρέπουν περίπου το 25% της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια.

Αλλά ο μόλυβδος θα μπορούσε να είναι δολοφόνος περοβσκίτη. Σε μεγάλο βαθμό, αυτό οφείλεται στο ότι οι ενώσεις είναι ορυκτά που μοιάζουν με αλάτι που διαλύονται εύκολα στο νερό ή ακόμα και στον υγρό αέρα. Και η προοπτική του διαλυμένου μολύβδου να στάζει στις στέγες των ιδιοκτητών σπιτιού με ηλιακούς συλλέκτες δεν είναι ευχάριστη για τις εταιρείες που θέλουν να εμπορευματοποιήσουν την τεχνολογία.

Οι νέες εκθέσεις θα μπορούσαν να προσφέρουν την αρχή μιας λύσης. Και οι δύο ομάδες ερευνητών ακολουθούν παρόμοια προσέγγιση, αντικαθιστώντας τον μόλυβδο στη σύνθετη κρυσταλλική δομή με κασσίτερο, ένα μέταλλο που βρίσκεται ακριβώς πάνω από το μόλυβδο στον περιοδικό πίνακα και έτσι μοιράζεται μια παρόμοια ηλεκτρονική δομή. Σε ένα έγγραφο που δημοσιεύτηκε στο διαδίκτυο την 1η Μαΐου στο Ενέργεια και Περιβαλλοντική Επιστήμη , ο Henry Snaith, φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης στο Ηνωμένο Βασίλειο, και οι συνεργάτες του αναφέρουν ότι κατασκευάζουν ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη από κασσίτερο που επιτυγχάνουν μέγιστη απόδοση 6,4%. Και σε ένα άρθρο που δημοσιεύτηκε σήμερα στο Nature Photonics , ο Robert Chang, ένας επιστήμονας υλικών στο Northwestern University στο Evanston του Ιλινόις, και οι συνεργάτες του αναφέρουν παρόμοια ηλιακά κύτταρα με απόδοση έως και 5,73%.

«Και τα δύο είναι φανταστικά έργα», λέει ο Yang Yang, επιστήμονας υλικών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Λος Άντζελες, η ομάδα του οποίου την περασμένη εβδομάδα ανέφερε απόδοση ρεκόρ 19,3% σε ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη με βάση το μόλυβδο. Ο Yang προειδοποιεί ότι για να είναι εμπορικά βιώσιμα, τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη θα πρέπει να είναι φθηνά, ασφαλή, ανθεκτικά και ικανά να κατασκευάζονται σε μεγάλα πάνελ. Έτσι, η έρευνα σε αυτόν τον τομέα μόλις ξεκινά, λέει. Παρόλα αυτά, προσθέτει, "Και οι δύο επιδείξεις αντιπροσωπεύουν ένα σημαντικό βήμα προς την υλοποίηση ηλιακών κυψελών στερεάς κατάστασης επόμενης γενιάς χαμηλού κόστους, υψηλής απόδοσης και περιβαλλοντικά αβλαβούς."