Istraživači Instituta Ruđer Bošković (IRB), u suradnji s međunarodnim kolegama, u nedavno objavljenom radu u uglednom časopisu Nature Energy, redefiniraju razloge zašto jedna od najperspektivnijih solarnih tehnologija današnjice još uvijek vodi bitku s vlastitom stabilnošću, priopćili su s Instituta.
Izazivanje paradigme
“Halogenidne perovskitne solarne ćelije često se opisuju kao jedna od najuzbudljivijih tehnologija nove energetske ere. Razlog je jednostavan, riječ je o solarnim ćelijama koje mogu biti vrlo učinkovite, a pritom nude mogućnost jeftinije i jednostavnije proizvodnje u odnosu na neka od današnjih standardnih rješenja. Zbog toga ih znanstvenici diljem svijeta vide kao ozbiljnog kandidata za budućnost iskorištavanja sunčeve energije”, objašnjavaju s IRB-a te dodaju kao postoji problem koji ih već godinama usporava.
Ove ćelije, naime, s vremenom gube stabilnost, a ovaj novi rad pokazuje da se za taj problem ne može pronaći samo jednog “krivca”, nego je riječ o nizu povezanih kemijskih procesa koji se odvijaju unutar same ćelije dok radi. Rad potpisuje međunarodni tim znanstvenika, pri čemu istraživačku skupinu s IRB-a čine Stjepan Dolić i Vedran Kojić kao prvi autori, zatim Andreja Gajović te dopisne autorice Jasminka Popović i Aleksandra B. Djurišić.
Posebno se naglašava da nije riječ o klasičnom znanstvenom radu, a još manje o preglednom članku. Naime, “perspective” članci rezervirani su za radove koji imaju ambiciju redefinirati znanstveni narativ, oni dovode u pitanje trenutačno prevladavajuću paradigmu, upućuju na ograničenost dosadašnjeg fokusa na određene procese te argumentiraju da se rješenja nalaze u prepoznavanju i uklanjanju dodatnih ključnih parametara. Autori pritom proširuju postojeće razumijevanje mehanizma propadanja perovskitnih solarnih ćelija.
“Perovskitne solarne ćelije privukle su znanstvenike i industriju zato što u laboratorijskim uvjetima postižu vrlo visoku učinkovitost, veću nego silicijske koje trenutačno zauzimaju glavno mjesto na tržištu, a mogu se proizvoditi u tankim slojevima, što otvara mogućnost razvoja lakših, fleksibilnijih i potencijalno jeftinijih solarnih uređaja. No unatoč velikom potencijalu, još nisu široko ušle u primjenu jer s vremenom gube stabilnost. Njihova unutarnja struktura pokazuje se osjetljivom na uvjete u kojima moraju raditi.
Drugim riječima, nije dovoljno da solarna ćelija bude vrlo učinkovita na početku. Da bi bila korisna u stvarnim uvjetima, mora takva ostati dugo vremena, a upravo je to najveći izazov za perovskitne materijale”, ističu s IRB-a te dodaju kako autori, umjesto da se usredotoče samo na oksidaciju jodida, o kojoj se u ovom području dosad najviše govorilo, u prvi plan stavljaju i nepovratne reakcije organskih sastavnica materijala, koje imaju ključnu ulogu u dugoročnoj stabilnosti uređaja.
Prostor za nova rješenja
Rad objavljen u Nature Energy pokazuje da nestabilnost perovskitnih solarnih ćelija proizlazi iz niza povezanih kemijskih procesa, a ne jednog uzroka.
“Kada solarna ćelija radi, svjetlost i električni napon mogu pokrenuti reakcije u kojima jodid oksidira. Time se potiče pomicanje iona i narušava unutarnja ravnoteža materijala. Međutim, autori pokazuju da se problem time ne iscrpljuje. Nakon tog početnog koraka počinju reagirati i organski dijelovi perovskita, odnosno male pozitivno nabijene molekule koje stabiliziraju njegovu strukturu. Kada te molekule uđu u nepovratne kemijske reakcije, nastaju hlapljivi spojevi koji mogu izaći iz materijala.
Posljedica je postupni gubitak njegovih sastavnih komponenti, pri čemu se kristalna struktura počinje raspadati. Pojednostavljeno rečeno, problem nije samo u migraciji pojedinih dijelova unutar ćelije, nego i u promjeni kemijskog sastava materijala na način koji se više ne može jednostavno vratiti u početno stanje”, navodi se u priopćenju te se dodaje kako ovakav pogled mijenja način na koji se razumije mehanizam propadanja perovskitnih solarnih ćelija.
Primjena u praksi
“To je važno jer pokazuje da rješenje vjerojatno neće proizaći iz jedne mjere, već iz kombinacije zaštitnih postupaka koji ciljaju različite kemijske procese. Zato autori zagovaraju širi pristup, odnosno ciljani dizajn organskih sastavnica, uporabu dodataka koji mogu usporiti nepoželjne reakcije, optimizaciju strukture uređaja te razvoj metoda koje će omogućiti praćenje tih procesa u stvarnom vremenu”, kažu s IRB-a te ističu kako ove solarne ćelije odavno više nisu samo laboratorijska zanimljivost.
One su jedan od najozbiljnijih kandidata za buduću generaciju solarnih tehnologija. Ako se problem stabilnosti uspije riješiti, mogle bi otvoriti put prema učinkovitijim i pristupačnijim solarnim panelima, ali i novim primjenama na površinama i u uvjetima u kojima današnje tehnologije nisu praktične.
