Što se tiče elemenata, silicij je drugi tek kisiku kada ga ima u izobilju na Zemlji. Zbog toga i njegovih svojstava poluvodiča, on je dugo bio okosnica elektronike. Materijal je u svemu, od računalnih čipova do radija. Napokon, istoimeni imenjak središta moderne tehnološke industrije u Kaliforniji, Silicijska dolina.
Govoreći o sunčanom tehnološkom kapitalu, silicij je primarni element koji se koristi u solarnim pločama. Trojica znanstvenika iz New Jersey's Bell Telephone Company patentirali su prvu pločicu silicijuma - prvu solarnu ćeliju koja se smatra praktičnom, sa sposobnošću pretvaranja 6 posto dolazne svjetlosti u korisnu električnu energiju - 1950-ih godina. Materijal je otada dominirao solarnim tržištem. Danas je više od 90 posto ploča proizvedenih širom svijeta kristalni silicijum PV paneli.
Silicij je zaradio toliko statusnog i tržišnog utjecaja, s malo konkurencije u solarnom prostoru, da malo tko zna da postoje druge opcije za solarnu energiju.
Perovskiti, ili kristalne strukture, nova su vrsta solarnih ćelija, načinjena od uobičajenih elemenata kao što je metilamonijev olovni jodid. Perovskite je jednostavnije za proizvodnju, a imaju potencijal pretvaranja sunčeve svjetlosti u električnu energiju većom brzinom od silicijskih ćelija. Izazov je što su perovskiti izuzetno krhki.
Znanstvenici sa Sveučilišta Stanford, međutim, nagovještavaju prirodu. Da bi perovskiti postali izdržljiviji, pazili su na elastičnu strukturu muhovog oka.
Kompaktno oko muhe sastoji se od stotina šesterokutnih segmentiranih očiju, svaki zaštićen zaštitnim skelom organskog proteina. Oči su organizirane u obliku saća, a kad jedni propadnu, ostali i dalje djeluju. Čitav organ pokazuje redundanciju i izdržljivost za koju se istraživači nadaju da će stvoriti na solarnim pločama.
Istraživači su ispitivanjem loma postavili skele napunjene perovskitom. (Laboratorij Dauskardt / Sveučilište Stanford) Reinhold Dauskardt i njegova inženjerska skupina za znanost o materijalima stvorili su skele u obliku saća, široke samo 500 mikrona, od standardnog fotoresivnog ili svjetlosno osjetljivog materijala. Da bi posudili još jedan primjer iz prirode, baš kao što pčela stvara saće, a zatim je puni medom, znanstvenici grade ovu zaštitnu strukturu, a zatim prave perovskit unutar nje. Okreću otopinu elemenata unutar skela, dodaju toplinu i gledaju kako se kristalizira kako bi postigli strukturu perovskita i njegova fotonaponska svojstva. Znanstvenici premazuju solarnu ćeliju srebrnom elektrodom da bi je zapečatili i njezinu sposobnost hvatanja energije.
U preliminarnom laboratorijskom testu , Dauskardtove solarne ćelije, široke čak šest pramenova kose, održavale su svoju strukturu i funkcionalnost. Kada su šest tjedana bili izloženi visokim temperaturama i vlazi (185 stupnjeva Farenhajta i 85 posto relativne vlage), stanice su nastavile proizvoditi struju na stalnim razinama. Skele oko perovskita nisu se odvratile ni od njihove električne snage.
Ovo je uspjeh koji se mijenja u igrama. Prije ove inovacije, istraživačima je bilo vrlo teško manipulirati i stvoriti fotonaponske stanice perovskita, a kamoli preživjeti u okolišu.
"Kada sam na početku organske fotonaponske struke govorio, rekao bih:" Ako udahnete ovi materijali, oni neće uspjeti. " U slučaju perovskita, kažem „ako ih pogledate da neće uspjeti“, šali se Dauskardt, glavni istraživač nove studije, objavljene u časopisu Energy and Environment Science .
Perovskiti mogu biti i do 100 puta krhkiji od stakla. No, s skelom koja se koristi za njegovo učvršćivanje, mehanička trajnost ćelije povećava se za 30 puta. To ćeliji dodaje kemijsku i mehaničku stabilnost kako bi je istraživači mogli dodirivati bez da je razbije i izložiti je visokim temperaturama s manjom šansom da pogoršanje.
Kada su osvijetljene odozdo, šesterokutne skele su vidljive u područjima solarne ćelije obložene srebrnom elektrodom. (Laboratorij Dauskardt / Sveučilište Stanford) Istraživači sa Sveučilišta u Tokiju prvi su istraživali fotonaponsku ćeliju perovskita kao alternativu silicijumskoj fotonaponskoj ćeliji 2009. godine, a istraživači širom svijeta skočili su na teren. Perovskite solarne ćelije sigurno imaju svoje prednosti. Za razliku od silikonskih ćelija, kojima je za pročišćavanje i kristaliziranje potrebna visoka temperatura, perovskitne solarne ćelije relativno su jednostavne za proizvodnju.
"Ovo je proboj u jednu sekt istraživanja perovskita jer rješava probleme s kojima se koncepti u ranoj fazi susreću na putu komercijalizacije", kaže Dick Co, direktor operacija i dosega u Argonne-Severozapadnom istraživačkom centru za solarnu energiju (ANSER). U skladu s tim, on priznaje da razvoj nije univerzalno primjenjiv na sva istraživanja perovskitskih solarnih ćelija. Postoji toliko mnogo načina na koje se mogu napraviti solarne ćelije od perovskita, a svaki laboratorij ima svoj fokus.
Budući da se kristalne strukture mogu načiniti od raznih elemenata, postoje i mnoge estetske mogućnosti. Solarne ćelije mogu se ugraditi u prozore, vrhove automobila ili druge površine izložene svjetlosti. Neke tvrtke čak ispisuju ćelije.
Ko sumnja da će perovskite solarne ćelije u početku utjecati na tržišta niša.
"Mogao sam ih vidjeti kako se prodaju na iPad tipkovnicama, integrirane u zgrade i možda u automobile, poput zakrivljenih hauba automobila", kaže on. "Ali teško je zamisliti izradu [prototipa] solarne ćelije od perovskita veličine minijature velike i široko razvijene, pogotovo kada tvornice solarnih silicija ispumpaju dovoljno modula za pokrivanje malih zemalja."
Unatoč tome, s poboljšanjima učinkovitosti i trajnosti, istraživači su na putu da stanicu pripreme za proizvodnju električne energije u mnogim okruženjima. Istraživači su se prijavili za privremeni patent.
U novoj solarnoj ćeliji šesterokutna skela (siva) koristi se za podjelu perovskita (crna) u mikroćelije kako bi se osigurala mehanička i kemijska stabilnost. (Laboratorij Dauskardt / Sveučilište Stanford) U Dauskardtovom testu, stanice su postigle 15-postotnu učinkovitost, što je mnogo više nego u prvom testu 2009. koji je 4 posto svjetlosti pretvorio u električnu energiju. Stope učinkovitosti silikonskih panela kreću se oko 25 posto, a u laboratoriju su perovskiti postigli više od 20 posto. Istraživači su procijenili teorijsku učinkovitost fotonaponskih perovskita na oko 30 posto.
Dauskardt misli da će njegov tim biti u mogućnosti poboljšati skele, prvobitno izgrađene s jeftinim, lako dostupnim materijalima, kako bi povećao učinkovitost stanice.
„Toliko smo se iznenadili da smo mogli što jednostavnije napraviti. Pitanje je sada, postoje li bolji skele koje možemo koristiti? Kako možemo ponovno uhvatiti svjetlo koje bi padalo na zid skele? “Kaže Dauskardt. On i njegove kolege planiraju eksperimentirati s materijalima raspršivanja svjetlosti.
Uz potencijal za jeftinu proizvodnju, relativno brzu komercijalizaciju (procjena Dauskardta u narednih tri do pet godina) i nevjerojatno raznolike primjene, solarna ćelija iz perovskita možda bi mogla biti samo sljedeća velika solarna ploča 2020-ih i šire.
Pa kad vam ta muva zuji u uho, budite sigurni da priroda u svim oblicima nadahnjuje.
