Είναι ο κλάδος των φωτοβολταϊκών στα πρόθυρα μιας ιστορικής στροφής; Ενώ το πυρίτιο έχει κυριαρχήσει στην αγορά των ηλιακών πάνελ για δεκαετίες, μια νέα κρυστάλλινη αρχιτεκτονική κλονίζει τις βεβαιότητες των ερευνητών και των κατασκευαστών: περοβσκίτης.
Περισσότερο από ένα απλό υλικό, ο περοβσκίτης αντιπροσωπεύει μια πραγματική τεχνολογική ανακάλυψη. Σε μόλις δέκα χρόνια, η εργαστηριακή του απόδοση έχει εξελιχθεί εκθαμβωτικά, φτάνοντας σε αποδόσεις που το πυρίτιο χρειάστηκε μισό αιώνα για να αποκτήσει. Λιγότερο δαπανηρή στην παραγωγή, ελαφριά, ευέλικτη και απίστευτα αποτελεσματική στη σύλληψη φωτός, αυτή η τεχνολογία υπόσχεται να μετατρέψει τα κτίριά μας, τα συνδεδεμένα αντικείμενα και ακόμη και τα ρούχα μας σε πηγές ενέργειας.
Ωστόσο, πίσω από αυτές τις υποσχέσεις για μια ενεργειακή επανάσταση εξακολουθούν να κρύβονται σημαντικές προκλήσεις, από τη σταθερότητα των εξαρτημάτων έως το περιβαλλοντικό αποτύπωμα. Μεταξύ των τεχνολογικών ελπίδων και της βιομηχανικής πραγματικότητας, εδώ είναι όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για την τεχνολογία περοβσκίτη και τις δυνατότητές της να επαναπροσδιορίσει το ενεργειακό μας μέλλον.
Τι είναι η τεχνολογία περοβσκίτη;
Ο όρος “περοβσκίτης” δεν προσδιορίζει ένα υλικό αυστηρά. Αναφέρεται σε μια συγκεκριμένη κρυσταλλική δομή. Στον τομέα των φωτοβολταϊκών ηλιακών συλλεκτών, χρησιμοποιούνται υβριδικοί οργανικοί-ανόργανοι περοβσκίτες για τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική. Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές κυψέλες πυριτίου που απαιτούν διαδικασίες υψηλής θερμοκρασίας για την κατασκευή, οι κυψέλες περοβσκίτη είναι ευκολότερο να παραχθούν.
Αυτά τα επαναστατικά ηλιακά κύτταρα διαθέτουν μια δομή κατασκευασμένη από σάντουιτς εξαιρετικά λεπτό που αποτελείται από πολλά στρώματα. Το στρώμα περοβσκίτη αποτελεί την καρδιά της συσκευής. Είναι υπεύθυνος για τη σύλληψη του ηλιακού φωτός και την ανάπτυξη των φορέων φορτίου που είναι τα ηλεκτρόνια και οι τρύπες. Τα στρώματα μεταφοράς έχουν το ρόλο της μεταφοράς των φορτίων, με επιλεκτικό τρόπο, προς τα ηλεκτρόδια που είναι υπεύθυνα για τη συλλογή ρεύματος.
Παραστάσεις που ταρακουνούν την αγορά των ηλιακών πάνελ
Η εξαιρετική του απόδοση αποτελεί ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα του περοβσκίτη. Σε λίγο περισσότερο από μια δεκαετία, οι ρυθμοί μετατροπής ενέργειας αυτών των κυψελών αυξήθηκαν από λίγα τοις εκατό σε περισσότερο από 24%, ταιριάζοντας ή και ξεπερνώντας την απόδοση του κρυσταλλικού πυριτίου, που χρειάστηκε σχεδόν μισός αιώνας για να φτάσει σε αυτό το επίπεδο.
Αυτή η απόδοση εξηγείται από την εξαιρετική ικανότητα απορρόφησης φωτός. Σε αντίθεση με το πυρίτιο, το οποίο τιμωρείται από τις φυσικές του ιδιότητες, ο περοβσκίτης απορροφά μεγαλύτερο κλάσμα του ηλιακού φάσματος, γεγονός που αυξάνει την παραγωγή ενέργειας των ηλιακών συλλεκτών. Επιπλέον, η καθαρότητα της δομής του επιτρέπει εξαιρετική κινητικότητα των φορτίων, μειώνοντας έτσι τις απώλειες ενέργειας μέσα στο στοιχείο.
Τα ανταγωνιστικά πλεονεκτήματα του περοβσκίτη
Εκτός από την υψηλή τους απόδοση μετατροπής ενέργειας, τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη έχουν και άλλα πλεονεκτήματα που θα μπορούσαν να μεταμορφώσουν τη χρήση της ηλιακής ενέργειας σε καθημερινή βάση.
Μειωμένο κόστος παραγωγής
Η κατασκευή πάνελ πυριτίου είναι ενεργοβόρα και πολύπλοκη. Αντίθετα, οι κυψέλες περοβσκίτη μπορούν να παραχθούν σε χαμηλές θερμοκρασίες με τεχνικές εκτύπωσης (παρόμοιες με την εκτύπωση εφημερίδων) ή με εναπόθεση εμβάπτισης. Αυτή η ευκολία παραγωγής καθιστά δυνατό να προβλεφθεί μια σημαντική πτώση στις τιμές των ηλιακών συλλεκτών.
Légèreté et flexibilité
Το ενεργό στρώμα ενός ηλιακού κυττάρου περοβσκίτη έχει πάχος μόνο μερικά νανόμετρα, σε σύγκριση με αρκετές εκατοντάδες μικρόμετρα για το πυρίτιο. Αυτό το χαρακτηριστικό μειώνει προφανώς το βάρος. Αυτό που είναι επίσης ενδιαφέρον είναι το γεγονός ότι ο περοβσκίτης μπορεί να αποτεθεί σε μαλακά στηρίγματα όπως πλαστικό ή λεπτό μέταλλο. Αυτή η αξιοσημείωτη ευελιξία ανοίγει το δρόμο σε πολλά υποσχόμενες εφαρμογές:
- Ενσωμάτωση σε καμπύλες προσόψεις κτιρίων.
- Τροφοδοσία συνδεδεμένων αντικειμένων και έξυπνων ρούχων.
- Ανάπτυξη σε επιφάνειες όπου το βάρος αποτελεί περιορισμό.
Οι προκλήσεις που πρέπει να αντιμετωπιστούν
Παρά τις υποσχέσεις του, ο περοβσκίτης πρέπει να ξεπεράσει πολλά σημαντικά εμπόδια για να μπορέσει να ωφελήσει τα ηλιακά πάνελ μεγάλης κλίμακας στην αγορά.
Έλλειψη σταθερότητας
Το τρέχον αδύναμο σημείο του περοβσκίτη είναι η μακροπρόθεσμη σταθερότητά του. Ενώ τα πάνελ πυριτίου είναι συνήθως σχεδιασμένα να διαρκούν μεταξύ 25 και 30 ετών με ελάχιστη υποβάθμιση, τα κύτταρα περοβσκίτη είναι πολύ ευαίσθητα στην υγρασία, το οξυγόνο και τη θερμότητα. Ως αποτέλεσμα, η διάρκεια ζωής τους αυτή τη στιγμή αγωνίζεται να ξεπεράσει τα 5 χρόνια, κάτι που απέχει πολύ από το να ανταποκριθεί στις προσδοκίες του κλάδου των φωτοβολταϊκών, τόσο οικιακών όσο και βιομηχανικών.
Το περιβαλλοντικό ζήτημα του μολύβδου
Επί του παρόντος, τα πιο αποδοτικά ηλιακά πάνελ περοβσκίτη ενσωματώνουν μόλυβδο, ένα τοξικό βαρύ μέταλλο. Αν και η ποσότητα που χρησιμοποιείται ανά κυψέλη είναι μικρή, ο κίνδυνος ρύπανσης παραμένει υπαρκτός σε περίπτωση θραύσης ή μη ανακύκλωσης. Γίνεται έρευνα για την αντικατάσταση του μολύβδου με κασσίτερο ή άλλα λιγότερο επιβλαβή μέταλλα, αλλά αυτές οι εναλλακτικές λύσεις παρουσιάζουν επί του παρόντος χαμηλότερες αποδόσεις και σταθερότητα.
Προσεγγίστε επιτέλους πυρίτιο – περοβσκίτη
Αντί να θεωρεί τον περοβσκίτη ως ανταγωνιστή του πυριτίου, η βιομηχανία κινείται προς μια συνέργεια: διπλά κύτταρα πυριτίου-περοβσκίτη. Η ιδέα είναι να συνδυαστούν οι δύο τεχνολογίες προκειμένου να αξιοποιηθούν στο έπακρο. Αποτελείται από την τοποθέτηση ενός στρώματος περοβσκίτη σε μια συμβατική κυψέλη πυριτίου. Με αυτόν τον τρόπο, ο περοβσκίτης απορροφά τα φωτόνια υψηλής ενέργειας ενώ το πυρίτιο ανακτά τα φωτόνια χαμηλής ενέργειας. Με μια τέτοια αρχιτεκτονική, είναι τεχνικά δυνατό να επιτευχθούν αποδοτικότητες μετατροπής που ξεπερνούν το 30%, ξεπερνώντας έτσι το θεωρητικό όριο του πυριτίου μόνο.
Μάλλον με αυτή τη μορφή ο περοβσκίτης θα κάνει τα πρώτα του βήματα μεγάλης κλίμακας στην αγορά. Σημειώστε ότι ορισμένοι κατασκευαστές, όπως η Trina Solar και η LONGi, έχουν ήδη ανακοινώσει ηλιακούς συλλέκτες πολύ υψηλής απόδοσης σε συνδυασμό με περοβσκίτη και πυρίτιο.
