Што се тиче елемената, силицијум је други само кисеоником када га има у изобиљу на Земљи. Због тога и његових својстава полуводича, он је дуго био окосница електронике. Материјал је у свему, од рачунарских чипова до радија. На крају крајева, истоимени имењак центра модерне технолошке индустрије у Калифорнији, Силицијумска долина.
Када говоримо о сунчаном технолошком капиталу, силицијум је примарни елемент који се користи у соларним плочама. Тројица научника компаније Нев Белл Белл Телепхоне патентирали су прву плочицу силикона - прву соларну ћелију која се сматра практичном, са способношћу да претвара 6 процената долазне светлости у употребљиву електричну енергију - 1950-их. Материјал је од тада доминирао соларним тржиштем. Данас више од 90 процената панела произведених широм света чине ПВ кристални силицијум.
Силицијум је зарадио толико статуса и утицаја на тржишту, уз мало конкуренције у соларном простору, да мало ко зна да постоје друге опције за соларну енергију.
Перовскити, или кристалне структуре, су нова врста соларних ћелија, начињена од уобичајених елемената као што је метиламонијум олово јодид. Перовскити су лакши за производњу и имају потенцијал претварања сунчеве светлости у електричну енергију већом брзином од силицијумских ћелија. Изазов је да су перовскити изузетно крхки.
Научници са Универзитета Станфорд, међутим, намећу природу. Да би перовскити постали издржљивији, потражили су еластичну структуру ораховог ока.
Састављено око мухе састоји се од стотина шестерокутних сегментираних очију, сваки од којих су заштићене органским протеинима „скеле“ ради заштите. Очи су организоване у облику саћа, а кад једни не успеју, остале и даље функционишу. Цео орган показује сувишност и издржљивост за коју се истраживачи надају да ће их поново створити на соларним плочама.
Истраживачи су тестирањем лома поставили скеле напуњене перовскитом. (Лабораторија Даускардт / Универзитет Станфорд) Реинхолд Даускардт и његова инжењерска група за науку о материјалима направили су скеле у облику саћа, широке само 500 микрона, од стандардног фоторесивног или светлосно осетљивог материјала. Да би узели још један пример из природе, баш као што пчела ствара саће, а затим је напуни медом, научници граде ову заштитну структуру и затим праве перовскит у њој. Окрећу раствор елемената унутар скела, додају топлоту и гледају како се кристализира како би постигли структуру перовскита и његова фотонапонска својства. Научници потом премазују соларну ћелију сребрном електродом да би је запечатили и могли да убију енергију.
У прелиминарном лабораторијском тесту , Даускардт-ове соларне ћелије, широке чак шест праменова косе, одржавале су своју структуру и функционалност. Када су током шест недеља биле изложене високим температурама и влази (185 степени Фаренхеита и 85 процената релативне влажности), ћелије су наставиле да производе струју на сталним нивоима. Скеле око перовскита нису се одвратиле ни од њиховог електричног излаза.
Ово је достигнуће које се мења у игри. Пре ове иновације, истраживачима је било веома тешко манипулирати и створити фотонапонске ћелије за перовските, а камоли да преживе у окружењу.
„Кад бих на почетку говорио о органској фотонапонској индустрији, рекао бих, „ ако удахнете ове материјале, они неће успети “. У случају перовскита, кажем „ако их погледате да неће успети“, шали се Даускардт, главни истраживач нове студије, објављене у часопису Енерги анд Енвиронмент Сциенце .
Перовскити могу бити и до 100 пута крхкији од стакла. Али са скелом која се користи за његово учвршћивање, механичка трајност ћелије повећава се за фактор 30. То ћелији додаје и хемијску и механичку стабилност тако да је истраживачи могу додирнути без пуцања и излагати је високим температурама са мањом шансом да погоршање.
Када су осветљене одоздо, шестерокутне скеле су видљиве у пределима соларне ћелије обложене сребрном електродом. (Лабораторија Даускардт / Универзитет Станфорд) Истраживачи са Универзитета у Токију први су истражили фотонапонску ћелију перовскита као алтернативу силицијумској фотонапонској ћелији 2009. године, а истраживачи широм света скочили су на терен. Перовските соларне ћелије свакако имају своје предности. За разлику од силицијумских ћелија, којима је за прочишћавање и кристализацију потребно високотемпературно процесирање, перовскитне соларне ћелије релативно су једноставне за производњу.
„Ово је пробој у једну сект истраживања перовскита јер решава проблеме са којима се концепти у раној фази сусрећу на путу до комерцијализације“, каже Дицк Цо, директор операција и достигнућа у Аргонне-северозападном истраживачком центру за соларну енергију (АНСЕР). У том смислу, он признаје да развој није универзално примењив на сва истраживања перовскитних соларних ћелија. Постоји толико много начина на које се могу направити соларне ћелије од перовскита, а сваки лабораториј има свој фокус.
Пошто се кристалне структуре могу правити од различитих елемената, постоје и многе естетске могућности. Соларне ћелије могу се уградити у прозоре, врхове аутомобила или друге површине изложене светлости. Неке компаније чак штампају ћелије.
Ко сумња да ће перовскитне соларне ћелије у почетку утицати на тржиште ниша.
„Могао сам да их видим на пуњачима за иПад тастатуре, интегришу се у зграде и можда у аутомобиле, попут закривљених хаубица аутомобила“, каже он. „Али тешко је замислити да направите [прототип] соларну ћелију од перовскита величине минијатуре велике и широко примењене, посебно када фабрике силицијума за силицијум издувају довољно модула да покрију мале земље.“
Ипак, побољшањем ефикасности и трајности, истраживачи су на путу да станицу припреме за производњу електричне енергије у многим окружењима. Истраживачи су пријавили привремени патент.
У новој соларној ћелији шестерокутна скела (сива) се користи за поделу перовскита (црна) у микроћелије да би се добила механичка и хемијска стабилност. (Лабораторија Даускардт / Универзитет Станфорд) У Даускардтовом тесту, ћелије су постигле стопу ефикасности од 15 процената, што је много више него у првом тесту 2009. године који је 4 посто светлости претворио у електричну енергију. Стопа ефикасности силицијумског панела је око 25 процената, а у лабораторији су перовскити достигли 20 процената више. Истраживачи су проценили теоријску ефикасност фотонапонских перовскита на око 30 процената.
Даускардт мисли да ће његов тим можда успети да побољша скеле, првобитно изграђене од јефтиних, лако доступних материјала, да повећа ефикасност ћелије.
„Били смо толико изненађени да смо могли што једноставније да направимо. Питање је сада, да ли постоје бољи скели које можемо да користимо? Како можемо да ухватимо светло које би падало на зид скеле? “Каже Даускардт. Он и његове колеге планирају да експериментишу са материјалима који распршују светлост.
Уз потенцијал за јефтину производњу, релативно брзу комерцијализацију (процењује Даускардт у наредних три до пет година) и невероватно разнолике примене, соларна ћелија из перовскита можда ће управо донети следећи сјајни соларни панел 2020-их и шире.
Па кад вам та мува зуји у ухо, будите сигурни да природа у свим облицима надахњује.
