Hajszálvékony napelemek?
Áram ingyen: kezdődik a láthatatlan napelemek kora.
A napelemek eltéveszthetetlenek, feltűnően trónolnak a háztetőkön. Szingapúri kutatók újdonsága éppen ezt a szembetűnőséget szüntetné meg. Olyan, szó szerint hajszálvékony napelemekről van ugyanis szó, amelyeket alig lehet észrevenni, így olyan helyen lehetnek ideálisak, amelyekről eddig elképzelhetetlen volt, hogy hozzájáruljanak az energiatermeléshez.
Képzelje el, hogy az autójának az ablaka tölti a kocsi akkumulátorát, az okosszemüveg lencséje látná el árammal az eszközt, esetleg a felhőkarcoló ablakai energiát termelnének. Valami ilyesmin dolgoznak a szingapúri Nanyang Műszaki Egyetem kutatói: a hajszálnál is vékonyabb, félig átlátszó, perovszkit alapú napelemeket fejlesztettek. Vékonyságuk ellenére a napelemek figyelemre méltó hatásfokkal működnek.
A különleges kristályszerkezetű perovszkitok hatékonyan nyelik el a napfényt, és olcsóbban gyártható velük napelem, mint a szilíciummal. A hagyományos napelemekkel szemben közvetett és szórt fényviszonyok mellett is képesek áramot termelni. Ez különösen hasznossá teszi az ilyen szerkezeteket a sűrűn beépített városokban, ahol a klasszikus napelemek hatékonysága gyakran romlik az árnyékolás miatt – magyarázza az Interesting Engineering. A félig átlátszó kialakítás pedig lehetővé teszi, hogy a napelemek ne legyenek zavaróak a szemnek.
A fejlesztés kulcsa az úgynevezett termikus párologtatásos gyártási eljárás. Ez egy olyan ipari folyamat, amelynél vákuumkamrában melegítik az alapanyagokat, amíg azok elpárolognak és vékony filmmé ülepednek. Ez a módszer lehetővé teszi azt, hogy akár 10 nanométer vékonyságú, rendkívül egyenletes perovszkit réteg alakuljon ki. Hasonlóan fontos, hogy az eljárásban nincs szükség a hagyományos napelemek előállításánál használt mérgező oldószerekre, ami leegyszerűsítheti, olcsóbbá és környezetbarátabbá teheti a jövőbeli tömeggyártást. A folyamat szabályozásával a kutatók képesek voltak szabályozni a perovszkit réteg vastagságát, és átlátszatlan, valamint félig átlátszó napelemeket kreálni.
A kutatók tesztelték is a napelem-változatokat, Az átlátszatlan eszközökben a cellák a 10, 30 és 60 nanométer vastag perovszkit rétegek esetében körülbelül 7, 11 és 12 százalékos energiaátalakítási hatásfokot értek el. Egy 60 nanométer vékony perovszkit réteggel ellátott félig átlátszó cella pedig a látható fény körülbelül 41 százalékát engedte át, miközben a napfényt 7,6 százalékos hatásfokkal alakította át elektromos árammá. A kutatók szerint ez a hasonló anyagokból készült félig átlátszó perovszkit napelemek esetében a legjobb teljesítmények közé tartozik. Lehetővé teszi a napfény átjutását, miközben továbbra is hasznos mennyiségű elektromos áramot termel, ami fontos olyan alkalmazásoknál, mint a napelemes ablakok, üveghomlokzatok és színezett épületfelületek.
A szakemberek szabadalmat nyújtottak be a technológiára, és jelenleg ipari partnerekkel együttműködve finomítják a gyártási folyamatot. Szeretnék javítani a tartósságot, miután éppen ez a perovszkit napelemek egyik legnagyobb problémája. A nedvesség, a hő és az UV-sugárzás idővel károsíthatja az anyagot, ezért világszerte dolgoznak az ilyen szerkezetek stabilabbá tételén. Emellett nagyobb felületekre is kiterjesztenék az eljárást.
Azt viszont a kutatók is hangsúlyozzák, hogy nem az a cél, hogy leváltsák a klasszikus napelemeket, hanem az, hogy olyan felületeket is bevonjanak az energiatermelésbe, amelyek eddig kihasználatlanok voltak ebből a szempontból.
