Η τεχνολογία αναπτύχθηκε από ομάδα επιστημόνων του Korea Institute of Energy Research (KIER), με έδρα την πόλη Ντέτζον της Νότιας Κορέας. Επικεφαλής της ερευνητικής προσπάθειας ήταν ο SeJin Ahn, διδάκτορας και κύριος ερευνητής του ινστιτούτου. Στην έρευνα συνεργάστηκε επίσης ομάδα με επικεφαλής τον Dong-Seok Kim, διδάκτορα, από το Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST).
Στο πλαίσιο της έρευνας, οι φωτοβολταϊκές κυψέλες δοκιμάστηκαν σε θερμοκρασία 85 βαθμών Κελσίου και σχετική υγρασία 85%. Ακόμη και μετά από 1.000 ώρες έκθεσης σε ακραία θερμότητα και υγρασία, διατήρησαν το 95% της αρχικής τους απόδοσης μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική.
Σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα, η νέα μέθοδος θα μπορούσε να καταστήσει τα φωτοβολταϊκά περοβσκίτη πιο ανταγωνιστικά απέναντι στα συμβατικά πάνελ πυριτίου. «Επιλύοντας το χρόνιο πρόβλημα της περιορισμένης διάρκειας ζωής, η τεχνολογία θα αποτελέσει σημαντικό ορόσημο για την εμπορική αξιοποίηση των φωτοβολταϊκών περοβσκίτη και των ηλιακών κυψελών τύπου tandem», τόνισε ο Ahn.
Μεγαλύτερη διάρκεια ζωής για τα φωτοβολταϊκά
Τα φωτοβολταϊκά περοβσκίτη είναι διατάξεις λεπτής μεμβράνης που αξιοποιούν υλικά με κρυσταλλική δομή περοβσκίτη για τη μετατροπή του ηλιακού φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια. Τα τελευταία χρόνια έχουν προσελκύσει έντονο ερευνητικό και επενδυτικό ενδιαφέρον, χάρη στην υψηλή απόδοση μετατροπής ενέργειας και στις δυνατότητες παραγωγής τους με χαμηλό κόστος.
Είναι επίσης οικονομικά, σχετικά εύκολα στην κατασκευή και ελαφριά, χαρακτηριστικά που τα καθιστούν κατάλληλα για εύκαμπτα φωτοβολταϊκά πάνελ. Ωστόσο, η διάρκεια ζωής τους περιορίζεται συνήθως σε δύο έως δέκα χρόνια, έναντι 25 έως 30 ετών για τα πάνελ πυριτίου. Παράλληλα, είναι ιδιαίτερα ευάλωτα στη θερμότητα και την υγρασία, παράγοντες που επιταχύνουν την υποβάθμισή τους.
Το πρόβλημα περιορίζει τη μακροχρόνια αξιοπιστία τους, ιδίως σε θερμά και υγρά κλίματα. Η βασική αιτία εντοπίζεται στα άλατα λιθίου και στα πρόσθετα που χρησιμοποιούνται στο στρώμα μεταφοράς οπών, δηλαδή στο στρώμα που διευκολύνει τη μεταφορά θετικών φορέων φορτίου στο εσωτερικό της κυψέλης. Παρότι οι ουσίες αυτές ενισχύουν την απόδοση των φωτοβολταϊκών, ταυτόχρονα επιταχύνουν τη φθορά τους.
Σε συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας και υγρασίας, τα πρόσθετα μπορούν να εξατμιστούν, δημιουργώντας μικροσκοπικά κενά στη λεπτή μεμβράνη και μειώνοντας την απόδοση. Ταυτόχρονα, τα ιόντα λιθίου μπορούν να κινούνται ελεύθερα στο εσωτερικό της κυψέλης, προκαλώντας πρόσθετες φθορές και περιορίζοντας τη διάρκεια ζωής της. Μέχρι σήμερα, οι ερευνητές δυσκολεύονταν να απομακρύνουν αυτές τις ουσίες χωρίς να επηρεάσουν αρνητικά την ικανότητα των κυψελών να μετατρέπουν το ηλιακό φως σε ηλεκτρική ενέργεια.
Νέα καταλυτική μέθοδος καθαρισμού
Για την αντιμετώπιση του προβλήματος, η ομάδα του KIER ανέπτυξε μια νέα καταλυτική διαδικασία, την οποία ονόμασε «διαδικασία εκχύλισης με διήθηση μέσω μετακαταλυτικής αντίδρασης» (σ.σ: post-catalytic reaction filtering extraction process). Η μέθοδος απομακρύνει τα επιβλαβή ιόντα λιθίου και καταργεί την ανάγκη χρήσης πρόσθετων, διατηρώντας παράλληλα υψηλή απόδοση μετατροπής της ηλιακής ενέργειας.
Η τεχνολογία χρησιμοποιεί καταλύτη οξειδίου του νικελίου (NiOx), ο οποίος προσελκύει και απομακρύνει τα ιόντα λιθίου από το διάλυμα που χρησιμοποιείται για την κατασκευή του στρώματος μεταφοράς οπών. Όταν προστίθεται στο διάλυμα, η σκόνη οξειδίου του νικελίου υφίσταται μια αντίδραση που μεταβάλλει τις επιφανειακές της ιδιότητες, επιτρέποντάς της να δεσμεύει τα ιόντα λιθίου.
Η αντίδραση διαχωρίζει τα ιόντα λιθίου από το άλας χωρίς τη χρήση χημικών πρόσθετων. Τα ιόντα που απελευθερώνονται προσκολλώνται στη συνέχεια στα σωματίδια οξειδίου του νικελίου. Ακολούθως, οι ερευνητές εφαρμόζουν μια φυσική διαδικασία διήθησης, ώστε να απομακρύνουν τη σκόνη από το διάλυμα. Καθώς τα σωματίδια οξειδίου του νικελίου είναι σχετικά μεγάλα, συγκρατούνται στο φίλτρο, παρασύροντας μαζί τους και τα δεσμευμένα ιόντα λιθίου.
Με αυτόν τον τρόπο προκύπτει ένα καθαρισμένο διάλυμα, απαλλαγμένο από πρόσθετα, υπολείμματα λιθίου και τον καταλύτη, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ενός στρώματος μεταφοράς οπών χωρίς ελαττώματα. Ο καταλύτης απομακρύνεται πλήρως από το τελικό διάλυμα. Για την αξιολόγηση της τεχνολογίας, η ομάδα κατασκεύασε φωτοβολταϊκές κυψέλες με τη νέα μέθοδο και συνέκρινε τις επιδόσεις τους με εκείνες συμβατικών κυψελών.
Όπως προκύπτει από τα αποτελέσματα, η νέα διαδικασία συμβάλλει σημαντικά στη διατήρηση της απόδοσης των κυψελών. Παράλληλα, οι νέες κυψέλες πέτυχαν απόδοση 25,24%, ελαφρώς υψηλότερη από το 25,21% των συμβατικών κυψελών που κατασκευάστηκαν με τη χρήση πρόσθετων. Σύμφωνα με τους ερευνητές, τα ευρήματα θα μπορούσαν να συμβάλουν και στη βελτίωση των φωτοβολταϊκών κυψελών tandem, οι οποίες συνδυάζουν διαφορετικά απορροφητικά υλικά για την αποτελεσματικότερη αξιοποίηση του ηλιακού φάσματος.
«Η εργασία αυτή είναι σημαντική, καθώς απομακρύνεται από το συμβατικό πλαίσιο κατασκευής των φωτοβολταϊκών περοβσκίτη και παρουσιάζει μια νέα διαδικασία που προκαλεί καταλυτικά μόνο τις απαραίτητες αντιδράσεις και στη συνέχεια απομακρύνει με διήθηση τις ουσίες που βρίσκονται στη ρίζα του προβλήματος», κατέληξε ο Ahn, σύμφωνα με σχετική ανακοίνωση Τύπου.
(Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Advanced Science)
www.worldenergynews.gr
