Kinezi uspjeli napraviti solarne ploče koje pretvaraju preko četvrtine Sunčeve energije u struju

Solarne ploče koje dostižu stupanj iskorištenja veći od stupnja iskorištenja benzinskog motora u automobilu novo je dostignuće kineskih znanstvenika. Tajna je u perovskitu

Nenad Raos subota, 10. rujna 2022. u 06:00

Ono što je za 19. stoljeće bio aluminij, to je za prošlo, 20. – no za i naše, 21. – stoljeće titanij. Zašto to kažem? Aluminij je bio „srebro iz gline“, izuzetno lak metal (gustoće 2,7 g/cm3), no lako taljiv, ne baš čvrst, a usto kemijski reaktivan. Titanij je također lagan metal (4,5 g/cm3), no unatoč tome što je gotovo dvaput lakši od čelika (7,8 g/cm3), čvrst je poput njega a usto mnogo otporniji na kemikalije. Ne otapaju ga ni kiseline ni lužine (aluminij otapaju i jedne i druge), pa se od njega – između ostalog – izrađuju kemijski reaktori, no i kuhinjsko posuđe. Titanij usto ima visoko talište (1660 oC), tisuću stupnjeva više od aluminija (660 oC) i petsto stupnjeva više od željeza (1100 – 1200 oC). No hvale i pohvale ne idu samo titaniju, Ti, nego i njegovom oksidu, TiO2.

Titanij dioksid, spomenuti TiO2, se naveliko upotrebljava kao posve neotrovni bijeli pigment (titanovo bjelilo), pa se baš zahvaljujući njemu ne trebamo više bojati bijele boje, koja se još od vremena Rimljana temeljila na olovnom bjelilu. No to nije sve. Ono što kemičara fascinira jesu fotokatalitička svojstva titanijeva dioksida, što znači da on katalizira, između ostalog, oksidaciju organskih tvari kisikom iz zraka. (Možda zahvaljujući česticama TiO2 dobijemo prozore koje neće trebati prati – jer će se sve organsko što na takvo, titanijevo staklo padne rastočiti na vodu i ugljikov dioksid.) No dok vlasnici nebodera i uredskih zgrada sanjaju o prozorima koji se sami peru, a znanstvenici teže da njihove želje pretvore u stvarnost, drugi znanstvenici razmišljaju o jednoj drugoj primjeni titanijevih spojeva, sličnih svojstava. Riječ je o kalcijevom titanatu, CaTiO3, bezbojnom ili sivom prahu koji se u prirodi pojavljuje kao mineral perovskit (gustoće 4,0 g/cm3).

I eto, nedavno se u časopisu Science pojavio znanstveni rad kineskih znanstvenika pod naslovom „Inactive (PbI2)2RbCl stabilize perovskite films for efficient solar cells“, u kojem je objavljen napredak u razvoju solarnih ćelija na bazi perovskita, na kojima, ne treba posebno isticati, mnogi rade.

Najjednostavnije rečeno: kineski su znanstvenici senzibilizirali perovskit olovnim jodidom, PbI2, koji su opet stabilizirali dodatkom rubidijeva klorida, RbCl, pri čemu je nastala nova kristalna faza sastava (PbI2)2RbCl. Olovni jodid se naime djelovanjem svjetlosti raspada na jod i olovo (slično srebrovom jodidu u fotografskoj emulziji), pa bi fotonaponska ploča temeljena na perovskitu senzibilanom olovnim jodidom očito (pre)kratko trajala.

 Rezultati testiranja potvrdili su nade autora spomenutog rada. Nakon tisuću sati rada pri normalnim uvjetima njihova je solarna ćelija očuvala 96 % izvorne sposobnosti pretvaranja svjetlosne u električnu energiju. Čak ni rad pri ekstremnim uvjetima, kada su ploču zagrijali na 85 oC, nije posve uništio njezine sposobnosti. Nakon 500 sati rada, sposobnost pretvaranja smanjila joj se samo za 20 posto.

No ono najvažnije: njihova je ploča mogla pretvoriti 25,6 % Sunčeve energije u električnu pri standardnim uvjetima mjerenja, a nešto više (26,1 %) ako su u račun uzeli samo najbolje rezultate. Time je stupanj iskorištenja (djelovanja) solarnih ploča dostigao stupanj iskorištenja benzinskog motora u automobilu (25 %).

Taj se napredak u udjelu energije pretvorene u elektricitet na prvi pogled ne čini velikim. Davno su prošla vremena, krajem prošlog stoljeća, kada je cilj bio napraviti fotonaponsku ploču s efikasnošću pretvorbe od 10 %. Današnje solarne ploče na bazi silicija standarno pretvaraju 17 – 19 % sunčeve svjetlosti u električnu struju. One pak temeljene na monokristalima silicija mogu postići efikasnost od 18 – 22 %, dakle samo nekoliko postotaka nižu od one koja se postiže „čudesnim“ pločama kineskih znanstvenika. No tu je zamka.

Prva je zamka u postotnom računu. Razlika između 22 i 26 % nije 4 %, nego 18 % (4/22), a tih 18 postotaka bolje konverzije Sunčeve energije pretvara se u milijune kilovatsati kada se efikasnije ploče pojave na krovovima naših kuća. Druga je zamka u cijeni. Monokristalni silicij je vrlo skup materijal dok jeftini polikristalni silicij, čija se cijena može mjereriti sa cijenom perovskita, postiže efikasnost konverzije od samo 13 – 16 %, dakle upola manju od efikasnosti ploča na bazi CaTiO3. Bit će toga još: još je mnogo inovacija pred nama prije nego što se perovskitne ploče pojave na tržištu.

Nenad Raos je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Autor je i koautor stotinjak znanstvenih i stručnih radova iz područja bioanorganske i teorijske kemije, molekularnog modeliranja te povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sada piše za Čovjek i svemir te, naravno, Bug online. Sedam je godina bio glavni i tehnički urednik časopisa Priroda, a danas je glavni urednik mrežnih stranica Panopticum. Koautor je dva sveučilišna udžbenika i autor 13 znanstveno-popularnih knjiga. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.

 

 

📢 Windows 11

ACER Aspire 3

Ryzen 5 3500U, 12GB, 512GB SSD, Radeon Graphics, 15.6“ LED FHD, Windows 11.

3.999kn 530,76 € Kupi

📢 Windows 11

HP 255 G8

Ryzen 3 5300U, 8GB, 256GB SSD, Radeon Graphics, 15.6" LED FHD, Windows 11.

3.299kn 437,85 € Kupi

📢 12 rata bez kamata

ASUS ROG

Serija laptopa za najbolji gaming doživljaj. Pretvara svaku igru u realistično iskustvo.

Od 12339kn Kupi


HI-FI EXPERIENCE WEEK

KEF

Od 28.11. do 16.12. 2022. posjeti našu slušaonu na Zagrebačkom Velesajmu i uživaj u KEF Wireless aktivnim zvučnicima.

Kupi

2 1/2-stazni podni zvučnici

REVEL F35

Sposobnost pružanja performansi dostojnih najzahtjevnijih sustava za zabavu, 35-20,000Hz, 6 Ohma, 90 dB, 30-180W.

15.999 kn 2.123,43 € Kupi

ANC naglavne slušalice

KEF Mu7

Čist, precizan zvuk visoke razlučivosti, intuitivne kontrole na dodir, jasno snimanje glasa, do 40 sati reprodukcije, Bluetooth 5.1.

2.999 kn 398,04 € Kupi