Australski istraživači pod vodstvom prof. Hongxije Wang i prof. Prashanta Sonara iz QUT-ovog Centra za znanost o materijalima pri Tehnološkom sveučilištu u Queenslandu (QUT)  pokazali su da se nanočestice ugljika mogu koristiti kako bi se poboljšale performanse solarnih ćelija od perovskita.

Prednosti i mane perovskita

Solarne ćelije od perovskita, smatraju se najboljim fotonaponskim kandidatom za isporuku jeftine, visoko učinkovite solarne električne energije u narednim godinama. Taj materijal jednako učinkovito pretvara energiju kao i trenutne komercijalno dostupne monokristalne silicijske solarne ćelije, pitanje je samo kako ovu tehnologiju učiniti jeftinijom i stabilnijom.

Za razliku od silicijskih ćelija, stvoreni su spojem koji se lako proizvodi, a budući da su fleksibilni, mogli bi se koristiti u odjeći na solarni pogon, ruksacima koji pune vaše uređaje u pokretu ili u energetski samodostatnim šatorima.

Ovo je drugo veliko istraživanje nanočestica ugljika iz ljudske kose kao višenamjenskog materijala. Lani je prof. Sonar vodio istraživački tim koji je ostatke kose pretvorio u nanočestice ugljika spaljivanjem dlačica na 240 Celzijevih stupnjeva. U toj su studiji istraživači pokazali da se karbonske točkice mogu pretvoriti u fleksibilne zaslone koji bi se mogli koristiti u budućim pametnim uređajima.

Zaštitni sloj ugljika

U ovoj novoj studiji istraživački tim profesorice Wang koristio je nanočestice ugljika na solarnim ćelijama od perovskita. To su učinili nakon to su otkrili da nanostrukturirani ugljični materijali mogu koristiti za poboljšanje performansi ćelija.

Nakon dodavanja otopine ugljikovih nanočestica u postupak izrade perovskita nastao je valoviti sloj perovskita u kojem se kristali perovskita okruženi česticama ugljika.

"Ugljik stvara neku vrstu zaštitnog sloja, oklopa koji perovskitni materijal štiti od vlage i drugih čimbenika okoliša koji bi mu mogli naštetiti", objašnjava Wang koja napredne solarne ćelije istražuje posljednja dva desetljeća i s perovskitom radi već desetak godina. Želi razviti isplative, stabilne fotonaponske materijale i uređaje. 

"Cilj mi je učiniti solarnu električnu energiju jeftinijom, pristupačnijom i dugotrajnijom te izraditi laganije PV module jer su trenutne solarne ćelije vrlo teške", kaže Wang. Najveći su izazovi kako riješiti stabilnost uređaja kako bi mogao raditi 20 godina ili duže i razvoj metoda prikladnih za veliku proizvodnju.

Učinkovitije i stabilnije

Studija je pokazala da su solarne ćelije perovskita prekrivene ugljikom bile učinkovitije i veću stabilnije od ćelija bez nanočestica ugljika. No, trenutno su sve poznate solarne ćelije perovskita visokih performansi izrađene u kontroliranom okruženju s izuzetno niskom razinom vlage i kisika, s vrlo malom površinom stanica i praktički neizvedive za komercijalizaciju.

Da bi tehnologija postala komercijalno održiva, moraju se pronaći način kako proizvesti učinkovite, velike, stabilne i fleksibilne panele od perovskita i to po niskoj cijeni.

Profesoricu Wang posebno zanima i kako će se stanice perovskita u budućnosti koristiti za pogon svemirskih letjelica. Međunarodnu svemirsku postaju napajaju četiri solarna polja koja mogu proizvesti do 120 kW električne energije. Ali jedan od nedostataka trenutne tehnologije svemirskih PV modula je njihova težina.

Svemirska primjena

Iako bi perovskit bio puno lakši, izazov je razviti stanice perovskita sposobne nositi se s ekstremnim zračenjem i širokim rasponom temperaturnih promjena u svemiru, od minus 185 do više od 150 Celzijevih stupnjeva.

Neko trajnije rješenje ne nazire se u sljedećih desetak godina. No profesorica Wang ne odustaje i s kolegama intenzivno izučava svojstva perovskitnih materijala u ekstremnim uvjetima, poput jakog zračenja snopa elektrona i drastičnih promjena temperature.

"Prilično sam optimistična s obzirom na to koliko se ova tehnologija poboljšala zadnjih godina", kaže Wang. Njien rad, objavljen je u Journal of Materials Chemistry A, jedan je od koraka na tom putu.