Ohromujícím skokem vpřed v oblasti solárních technologií se vědcům podařilo vyvinout nový materiál, který zpochybňuje dlouho zažité představy o účinnosti fotovoltaiky. Tento průlomový materiál zbořil dosavadní teoretické limity, když dosáhl bezprecedentní účinnosti 93,5 %. Tento objev naznačuje, že tradiční fotovoltaické technologie se mohou brzy stát zastaralými.
Výzkumníci z École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) učinili významný pokrok ve zdokonalování perovskitových solárních článků. Stabilizací rubidia (Rb) ve struktuře materiálu se jim podařilo výrazně zvýšit účinnost článků. Perovskity jsou známé svým potenciálem nabízet vysokou účinnost při nízkých nákladech a tato nová technika využívá mřížkové napětí k začlenění iontů rubidia do perovskitových krystalů, což snižuje spotřebu energie a zvyšuje výkon.
Tato metoda minimalizuje ztráty energie v důsledku nezářivé rekombinace, která je hlavním zdrojem neúčinnosti solárních článků. Výsledkem je perovskitový solární článek, který pracuje s 93,5 % své teoretické maximální účinnosti, čímž stanovuje nový standard v oboru.
Pochopení techniky mřížkového napětí
Technika mřížkové deformace spočívá v rychlém zahřátí materiálu a následném přesném řízení teploty za účelem změny jeho atomové struktury. Tento proces zabraňuje rubidiu vytvářet sekundární fáze a udržuje jeho polohu v krystalové mřížce. Přídavek chloridových iontů pomáhá vyrovnávat rozdíly ve velikosti prvků, snižuje defekty a vytváří rovnoměrnější rozložení iontů.
Související článek
K ověření svých zjištění vědci použili rentgenové snímky k pozorování strukturních změn, nukleární magnetickou rezonanci (NMR) v pevném stavu ke sledování inkorporace rubidia a počítačové simulace ke studiu chování atomů za různých podmínek. Tyto metody potvrdily, že mřížkové napětí vytváří stabilní prostředí pro rubidium a zvyšuje celkovou stabilitu a účinnost materiálu.
Tato inovace otevírá cestu ke škálovatelným a nákladově efektivním řešením pro země usilující o nulové čisté emise. Výrobní proces perovskitů je šetrný k životnímu prostředí, protože vyžaduje méně surovin a méně energie než tradiční metody. Komercializace této technologie by mohla způsobit revoluci na světových trzích s energií tím, že sníží závislost na fosilních palivech.
Důsledky pro účinnost solárních panelů
Vývoj mřížkovaného perovskitového materiálu vedl k dosažení napětí v otevřeném obvodu 1,30 V, což překračuje jeho teoretické maximum o 93,5 %. Tento pozoruhodný výkon znamená významný pokrok ve výrobě solární energie a nabízí nákladově efektivní a účinné řešení. Vylepšená struktura zlepšuje přeměnu slunečního světla na elektřinu, minimalizuje plýtvání energií a zvyšuje kvantový výtěžek fotoluminiscence (PLQY).
Tento průlom má dalekosáhlé důsledky pro solární průmysl. Tandemové solární články na bázi perovskitu, které kombinují perovskit s křemíkem, mohou z této nové struktury značně těžit a dále zvyšovat své možnosti výroby energie.
Tento objev rovněž podporuje decentralizované energetické systémy, neboť umožňuje používat vysoce účinné a lehké perovskitové solární panely k napájení systémů mimo síť v odlehlých oblastech. Tyto panely lze integrovat do budov, vozidel a dokonce i do oděvů a poskytovat tak elektřinu regionům bez spolehlivého přístupu k elektrické energii.
Kromě solárních panelů
Dopad tohoto objevu přesahuje rámec solárních článků a nabízí potenciální výhody pro řadu optoelektronických zařízení, včetně LED diod a senzorů. Zvýšená účinnost a stabilita perovskitových materiálů s mřížkou by mohla vést k významnému zlepšení těchto technologií.
Publikace v časopise Science zdůrazňuje, jak by tyto poznatky mohly změnit odvětví solární energie a další technologie, které jsou závislé na účinných a stabilních optoelektronických materiálech. Vzhledem k tomu, že svět hledá udržitelná energetická řešení, jsou podobné inovace klíčové pro snížení závislosti na fosilních palivech a budování udržitelnější budoucnosti.
Laboratorní vývoj mřížkovaných perovskitových solárních článků představuje významný pokrok ve vědě o solární energii. Dosažením účinnosti 93,5 % tento materiál stanovuje nové měřítko pro fotovoltaickou technologii. Pokračující výzkum a komercializace této technologie naznačují, že solární energetické systémy budou v budoucnu stále rozšířenější.