Ogniwa perowskitowe. Jak działa przełomowa technologia?

Ogniwa perowskitowe, odkrycie polskiej fizyczki Olgi Malinkiewicz, od kilku lat rewolucjonizują branżę fotowoltaiki. Wyjaśniamy czym są perowskity i dlaczego są tak przełomową technologią.

Co to są perowskity?

Perowskity to grupa minerałów o krystalicznej strukturze. Minerały te nazwę wzięły od nazwiska ich odkrywcy, rosyjskiego naukowca Lwa Perowskiego, który dokonał tego odkrycia w latach 30-tych XIX wieku. Choć odkryto je prawie 200 lat temu, dopiero niedawno technologia umożliwiła wykorzystywanie ich do produkcji energii elektrycznej w wydajny sposób.

W 2009 roku japoński badacz Tsutomu Miyasaka odkrył, że perowskity mogłyby być wykorzystywane do tworzenia fotowoltaicznych ogniw słonecznych.

W 2012 roku polska fizyczka Olga Malinkiewicz dostrzegła potencjał technologiczny, by stworzyć tanie, lekkie i elastyczne ogniwa perowskitowe. Niedługo po tym, bo w 2014 roku, udało jej się tego dokonać jako pierwszej.

Dlaczego ogniwa perowskitowe są lepsze od krzemowych?

Surowcem niezbędnym do działania znanych nam dzisiaj ogniw fotowoltaicznych jest przede wszystkim krzem. To on jest konieczny do tego, by energia słoneczna przekształciła się w energię elektryczną.

Zarówno krzem, jak i materiał perowskitowy są półprzewodnikami – to ta właściwość umożliwia produkcję prądu przy ich użyciu. Proces fizyczny uzyskiwania prądu obydwoma sposobami jest więc podobny.

Oto kilka przewag ogniw perowskitowych nad tradycyjnymi:

1. Tradycyjne ogniwa krzemowe są nie tylko sztywne i ciężkie, ale także delikatne i kruche. Łatwo można je uszkodzić. Nie dotyczy to perowskitów.

2. Ogniwo perowskitowe jest w stanie produkować prąd nie tylko pod wpływem słońca, ale też przy zachmurzonym niebie i w cieniu oraz – co najważniejsze – także pod wpływem sztucznego oświetlenia. Jest również mniej czułe na różne kąty ustawienia w stosunku do kąta padania światła, w czym istotnie przewyższa delikatne i wrażliwe na te czynniki ogniwa krzemowe.

3. Badania wykazały, że perowskity dorównują sprawnością ogniwom krzemowym. Można więc przypuszczać, że następne rekordy ogniw perowskitowych są jeszcze przed nami.

4. Niezmiernie istotną dla przyszłego rozwoju technologii przewagą ogniw perowskitowych jest sposób ich produkcji, który sprawia, że są one tanie. Krzem wymaga stopienia w temperaturze około 1000 stopni, za to perowskity można produkować w temperaturze do stu stopni Celsjusza.

Co więcej, pilotażowa linia produkcyjna Saule Technologies, firmy której Olga Malinkiewicz jest CTO i współzałożycielką, do produkcji wykorzystuje drukarki, a ogniwa można rozpuścić do formuły tuszu i nadrukować na dowolną powierzchnię. Ta cecha nowych ogniw jest ich największą zaletą. Sprawia, że są nie tylko tanie, ale także elastyczne, cienkie i można je umieścić na najróżniejszych powierzchniach.

Gdzie można używać ogniw perowskitowych?

Produkowane przez Saule Technologies ogniwa są umieszczane na bardzo cienkiej folii. Dzięki temu taki cienki panel fotowoltaiczny można umieścić na dowolnym podłożu. Jakim? Wśród nich są okna (ogniwo jest też półprzezroczyste), karoserie samochodów, żagle, żaluzje czy nawet ubrania (najcieńsze ogniwo perowskitowe może być kilkaset razy cieńsze od najcieńszego ogniwa krzemowego).

Cienkie ogniwo perowskitowe mogłoby znajdować się nawet z tyłu telefonu komórkowego, jako jego bezpośrednia ładowarka – mówiła Olga Malinkiewicz podczas TED Talk we Wrocławiu w 2020 roku.

Ogniwa można też umieścić nie tylko na dachach, ale całych powierzchniach budynków, także tych istniejących. “To mogłoby zmienić cały świat w elektrownie słoneczną” – powiedziała Malinkiewicz we Wrocławiu.

Gdzie już dziś można natknąć się na energię z ogniw perowskitowych Olgi Malinkiewicz?

Choć firma Saule Technologies jest pierwszą firmą na świecie, która komercjalizuje ogniwa perowskitowe, dopiero w maju tego roku otworzyła swoją pierwszą linię produkcyjną we Wrocławiu razem z liderem fotowoltaiki Columbus Energy.

24 sierpnia natomiast odbyła się premiera instalacji lameli – łamaczy światła z ogniwami perowskitowymi Saule Technologies, które zainstalowano na budynku w Lublinie.

Panele umieszczono na lubelskiej siedzibie firmy Aliplast, producenta systemów aluminiowych, który dostarczył aluminiowej konstrukcji do instalacji.

Jest to pierwsze komercyjne wdrożenie technologii perowskitowych ogniw słonecznych na świecie.

Więcej o tym wydarzeniu piszemy pod tym linkiem.

Co dalej?

Perowskity chce wykorzystywać niedługo np. firma Skanska. Będzie ona stawiać budynki, na fasadach których znajdą się ogniwa perowskitowe. Skanska chce korzystać z perowskitów wszędzie, gdzie działa na świecie.

Pierwszy perowskitowy panel słoneczny został umieszczony na budynku biura Skanska w Warszawie w 2020 roku. Jeden panel rozmiaru metra kwadratowego ma według Skanski zaspokoić energię potrzebną do pracy biurowej jednemu pracownikowi przez 8 godzin.

Innym zaskakującym rozwiązaniem, w którym wykorzystano perowskity Olgi Malinkiewicz są obroże GPS dla dziko żyjących żubrów. ​​

“Wykorzystane w niej ogniwa wyeliminowały konieczność używania baterii. To efekt współpracy firmy Saule Technologies z WWF. Obroże monitują życie żubrów w ich naturalnym środowisku” – podaje Columbus Energy, partner Saule Technologies i największa polska firma z branży fotowoltaiki.

Saule współpracuje też z firmami dystrybującymi tę technologię nad rozwiązaniami, które umożliwią wykorzystanie ogniw perowskitowych przez “typowego Kowalskiego” w ramach domowej instalacji energii odnawialnej.

Czy to rozwiązanie pomoże środowisku?

Ogniwa perowskitowe wymagają do swojej produkcji niższego zużycia energii. Mają mniejsze wymagania produkcyjne, ale także są mniejsze i łatwiej je transportować.

Ponadto, pozwalają produkować energię z użyciem przestrzeni już zajmowanej przez ludzi, bez konieczności degradacji środowiska pod nowe farmy.

Mogłoby sprzyjać także zmniejszeniu produkcji urządzeń wykorzystujących akumulatory i baterie, których produkcja zależna jest od przemysłu wydobywczego, a składowanie szkodliwe dla środowiska.

Odbudowany Pałac Saski? Tak, ale z perowskitami i neutralny klimatycznie, a nie jako pomnik przeszłości

Perowskity – 3 najważniejsze pytania [w skrócie]