Az új cellák az ultra vékony, hajlékony és félig átlátszó napelemek megjelenésével kecsegtetnek. Ablaküvegek és a járművek felületére is észrevétlenül telepíthetők lesznek.
Képzeljünk el egy olyan acél-üveg felhőkarcolót, amelynek minden egyes ablaka elektromos áramot termel anélkül, hogy a megzavarnák a kilátást! A Nanyang Technológiai Egyetem kutatói most egy jelentős lépéssel közelebb hozták ezt a jövőképet: olyan különleges, perovszkit alapú napelemeket fejlesztettek, amelyek nemcsak ultra vékonyak és hajlékonyak, de félig átlátszóak is, így szinte bármilyen hétköznapi felületen alkalmazhatóak.
A perovszkit hatékonysága – bármely felületen
A fejlesztés alapját a perovszkit adja, amely réteges szerkezetének köszönhetően képes a napfény elnyelésére és elektromossággá alakítására. Amíg a hagyományos, szilíciumalapú napelemeknek közvetlen, erős napsütésre van szükségük az optimális működéshez, ezek az új cellák a szórt fényt és a közvetett megvilágítást is hatékonyan hasznosítják. Ez a tulajdonság teszi őket alkalmassá a sűrűn beépített nagyvárosi környezetben vagy a gyakran borult égboltú régiókban történő használatra.
Az Annalisa Bruno vezette kutatócsoport munkája azért is úttörő, mert az általuk készített eszközök nagyjából ötvenszer vékonyabbak a hagyományos perovszkit napelemeknél. „Az épített környezet felel a globális energiafelhasználás nagyjából 40 százalékáért, ezért egyre sürgetőbbek az olyan technológiák, amelyek az épületek felületeit észrevétlenül alakítják energiatermelő egységekké” – fogalmaz a kutató az ACS Energy Letters szakfolyóiratban.
A szakember hangsúlyozta, hogy technológiájuk a fenntarthatóság mellett a gyártás egyszerűségét is szem előtt tartja.
„A mi perovszkit napelemes celláink kifejezett előnyöket kínálnak, mivel egyszerű folyamatokkal, viszonylag alacsony hőmérsékleten gyárthatjuk őket” – mondta Bruno. Hozzátette, hogy a gyártást potenciálisan nagy felületekre is kiterjeszthetik, ami jelentősen csökkenti az ökológiai lábnyomot.
Vákuumtechnológia a sorozatgyártás szolgálatában
A kutatócsoport egy speciális, termikus párologtatásnak nevezett eljárást alkalmazott a cellák előállításához. A vákuumalapú módszer során az alapanyagokat addig hevítik, amíg elpárolognak, majd egyenletes, ultra vékony réteget alkotnak a kívánt felületen. Ezzel a technikával elkerülték a mérgező oldószerek használatát, és minimálisra csökkentették a cellák szerkezeti hibáit, ami kulcsfontosságú a hosszú távú működés szempontjából.
A szakemberek különböző vastagságú rétegekkel kísérleteztek.
A 10 nanométer vékonyságú elnyelő réteg 7 százalék körüli energiaátalakítási hatékonyságot ért el, míg a 60 nanométeres változat 12 százalékos teljesítményre volt képes. A legígéretesebbnek a 60 nanométeres réteggel ellátott, félig átlátszó eszköz bizonyult: ez a látható fény 41 százalékát engedi át, miközben 7,6 százalékos hatékonysággal termel áramot – áll az egyetem közleményében.
Ez az eredmény a kategóriájában a világ legjobbjai közé tartozik.
A technológiára már be is nyújtották a szabadalmi kérelmet. A kutatók jelenleg ipari partnerekkel együttműködve dolgoznak a folyamat szabványosításán, hogy a megoldás mielőbb elhagyja a laboratóriumot és piacra kerüljön. A jövőbeni munka fókuszában a tartósság növelése és a még nagyobb felületeken nyújtott stabil teljesítmény áll.
Címlapkép: Nanyang Technológiai Egyetem
„A Roszatom Műszaki Akadémián képzett szakemberek már most olyan kompetenciákat sajátítottak el, amelyekre az erőművi blokkok üzembe helyezésének minden szakaszában szükség lesz.”