Stvorene 2009. godine perovskitne solarne ćelije se unapređuju neverovatnom brzinom, pa su već premašile 20 odsto postavljene efikasnosti u laboratoriji. Nova saznanja iz Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) sada mogu da pomognu u otkrivanju njihovog punog potencijala, približavajući teoretsko ograničenje efikasnost od 31 odsto – što je daleko bolje od komercijalno dostupnih panela.
Perovskiti su iz porodice materijala koji imaju određenu kristalnu strukturu, iz koje potiču svojstva kao što su feroelektricitet i superprovodljivost. Perovskitne solarne ćelije preuzimaju industriju jer su jeftinije i jednostavnije da se naprave, a njihov učinak nakon nekoliko godina razvoja, već odgovara poznatim ćelijama na bazi silicijuma.
Ovaj brzi uspon je još impresivniji kada se uzme u obzir da naučnici još uvek u potpunosti ne razumeju uzrok visoke efikasnosti kristala.
Sibel Leblebici i njen tim istraživača su odlučili da posvete više pažnje ovome analizirajući karakteristike pojedinačnih kristala perovskita, a njihova saznanja ukazuju na nove načine podizanja efikasnosti ćelija za čak 50 odsto.
Površina aktivnog (foton-apsorbujućeg) sloja perovskitne ćelije ima zrna duga oko 200 nanometara. Svako zrno odlikuju višeugaone„ površine“ koje se kolektivno ponašaju kao milijarde sitnih solarnih ćelija, sve povezane paralelno.
Leblebici i njen tim pažljivo su mapirali karakteristike tih „površina“, koristeći novu provodljivu mikroskopsku tehniku atomske snage koja ostavlja materijal neoštećenim (mikroskop prilazi površini na svaki piksel, izmeri, podigne se i prelazi na sledeći piksel).
Iznenađujuće, naučnici su otkrili veliku varijabilnost među karakteristikama svake od tih „površina“, čak i onih susednih. Na oko pet odsto izmerenog područja nije bilo funkcionisanja, dok je u 35 odsto efikasnost bila veoma visoka, približavajući se teorijskom maksimumu.
Naučnici smatraju da karakteristike pojedinačnih „površina“ mogu uglavnom da zavise od dva faktora – orijentacije „površine“ i prisustva sitnih nedostataka u neposrednoj blizini drugih slojeva ćelije (misli se na slojeve u kojima se puni i skladišti energija). Kontrolisanje pravca u kojem se „uzgajaju“ kristali i uklanjanjaju nedostataci kroz hemijsku pasivizaciju mogao bi doneti dramatične rezultate.
„Ako se materijal može sintetizovatii tako da se razvijaju samo vrlo efikasne „površine“, onda bismo mogli videti veliki skok u efikasnosti perovskitnih solarnih ćelija, a možda i približavanje teorijskom limitu od 31 odsto", rekla je Leblebici.
Ako se pozabave još nekim od problema koji su do sada mučili perovskitne solarne ćelije - glavni je njihova trajnost u realnom svetu - ovo bi unapred moglo dovesti do dramatično jeftinijih i efikasnijih solarnih ćelija i LED svetla.
Naučnici sada istražuju povezanost između heterogenosti „površine“ i efikasnosti konverzije energije u filmove visokih performansi.
Studija je objavljena u nedavnom izdanju časopisa „Nature Energy“.
