Zespół naukowców z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego oraz Fraunhofer Institute for Solar Energy zaprezentował perowskitowe ogniwa fotowoltaiczne o znacznie poprawionych właściwościach antyodbiciowych. Wyniki ich badań zostały opublikowane w czasopiśmie „Advanced Materials and Interfaces”.

Najczęściej stosowanym materiałem do produkcji paneli fotowoltaicznych jest krzem, którego wydajność jest ograniczona. Naukowcy pracują nad innymi rozwiązaniami, które z jednej strony zwiększą efektywność ogniw, a z drugiej umożliwią tańszą i bardziej przyjazną dla środowiska produkcję.

Ogniwa na bazie perowskitu spełniają oba te kryteria. Obecnie liczne ośrodki badawcze na całym świecie pracują nad poprawą ich wydajności oraz odporności na warunki atmosferyczne. Jednym z wyzwań, z którymi mierzą się badacze, jest integracja ogniw perowskitowych z ogniwami krzemowymi, przy jednoczesnym zmniejszeniu strat wynikających z odbicia oraz tzw. pasożytniczej absorpcji.

Zmniejszenie strat energii

Aby minimalizować straty, krzemowe ogniwa zwykle poddaje się trawieniu silnie żrącymi środkami chemicznymi. Ten proces zmniejsza odbicie promieni, a w rezultacie zwiększa ilość prądu generowanego przez panele fotowoltaiczne. Perowskity są jednak wrażliwe na wiele substancji chemicznych, dlatego do tej pory konieczne było stosowanie mniej efektywnych powłok antyodbiciowych nakładanych za pomocą napylania.

Do stworzenia wydajnej antyodbiciowej struktury o symetrii plastra miodu na powierzchni perowskitu naukowcy z Polski i Niemiec zastosowali metodę nanoimprintingu. Ta technika pozwala tworzyć nanometrowe struktury na bardzo dużych powierzchniach, nawet powyżej 100 cm².

– Dzięki temu zagwarantowana jest od razu skalowalność procesu produkcji urządzeń o dużej powierzchni, co jest bardzo istotne w kontekście pilnej potrzeby transformacji energetycznej – mówi Maciej Krajewski, badacz z Wydziału Fizyki UW. Tak zmodyfikowane próbki wykazują wyższą wydajność w porównaniu z ogniwami z dotychczas używanymi powłokami antyodbiciowymi. Naukowcy swój pomysł opisali w czasopiśmie „Advanced Materials and Interfaces”.

Metoda łagodniejsza i tańsza

Aplikowanie struktury antyodbiciowej metodą nanoimprintingu ponadto nie uszkadza perowskitu. To umożliwia zastosowanie innych struktur, odpowiednio dobranych do danej architektury ogniwa. Do tej pory naukowcy nakładali podobne antyodbiciowe struktury jako oddzielnie przygotowane warstwy, które były przenoszone w odrębnym procesie technologicznym. Proces ten był małoskalowy i podatny na uszkodzenia warstwy aktywnej. Dzięki zastosowaniu metody nanoimprintingu możliwe jest wytwarzanie całego urządzenia w dużej skali i w jednym procesie technologicznym, co istotnie obniża koszty przedsięwzięcia.

Zastosowana metoda jest kompatybilna z układami tandemowymi, czyli łączącymi ogniwa krzemowe i perowskitowe. To pozwala na bezpośrednie przeniesienie procedury na nowo powstające architektury fotowoltaiczne, co może prowadzić do dalszego zwiększania wydajności.

Eksperyment oraz modelowanie opisane w artykule zostały zrealizowane we Fraunhofer Institute for Solar Energy we Fryburgu przy wiodącym udziale Macieja Krajewskiego z Wydziału Fizyki UW.