Nadějí pro perovskit je diamantová kovadlina

[karelkilian]

Dobrý den,

je tu pátek a s ním další článek ke čtení, zamyšlení a případné diskuzi. Dnes se podíváme na slibnou technologii pro fotovoltaické panely.

Přeji hezký den.
Karel Kilián

Nadějí pro perovskit je diamantová kovadlina

Solární panely založené na křemíkových polovodičích jsou nákladné na výrobu a pomalu, ale jistě se dostávají na hranici své účinnosti. Vědci proto neustále hledají cesty, jak vytěžit ze slunečních paprsků ještě více elektrické energie. Velká pozornost v tomto směru nyní náleží perovskitovým solárním článkům.

Perovskity jsou keramické materiály odvozené od minerálu perovskit (chemický vzorec CaTiO3 - oxid titaničito-vápenatý). Tento minerál byl objeven roku 1839 ruským diplomatem, ministrem, mineralogem a archeologem Lvem Alexejevičem Perovským, po kterém byl později pojmenován.

Nevýhody perovskitu

Perovskitové solární články slibují dvě zásadní vlastnosti, které hrají v jejich prospěch. Tou první je vysoká účinnost při přeměně slunečního záření na elektřinu. Neméně podstatná je pak jejich nízká cena, pokud jde o materiály a výrobní metody.

Jejich praktické využití ale není tak jednoduché, jak se po přečtení předchozího odstavce může zdát. Ze čtyř atomových konfigurací, respektive fází, které může materiál zaujmout, jsou tři účinné, ale nestabilní při pokojových teplotách a rychle se vracejí ke čtvrté konfiguraci, která je pro solární aplikace nepoužitelná.

Právě tento problém se rozhodli vyřešit odborníci ze Stanfordovy univerzity a laboratoře SLAC amerického ministerstva energetiky. Vědecký tým nakonec opravdu našel řešení, spočívající ve stlačení pod vysokým tlakem a při vysokých teplotách.

Hledání cesty

Vědci se zaměřili na perovskit na bázi halogenidu olovnatého. Jedna fáze tohoto materiálu (označovaná jako „žlutá“) nemá skutečnou perovskitovou strukturu a nelze ji použít v solárních článcích. Vědci však již před časem zjistili, že pokud materiál zpracujete určitými způsoby, změní se na „černou“ perovskitovou fázi, která je extrémně účinná při přeměně slunečního záření na elektřinu.

„Černé“ fáze jsou bohužel strukturálně nestabilní a mají tendenci se vracet zpět do nepoužitelného „žlutého“ stavu. Vysokou účinnost navíc poskytují pouze při vysokých teplotách, takže vědci hledali cestu, jak tyto problémy překonat.

Dřívější pokusy o stabilizaci „černých fází“ pracovaly s chemií, napětím nebo teplotou, ale fungovaly pouze v prostředí bez vlhkosti, které nereflektuje skutečné podmínky, v nichž solární články obvykle fungují. Tato studie kombinovala tlak i teplotu v realističtějším prostředí.

Klíčem je tlak a teplota

Ke stlačení byla použita diamantová kovadlina, přičemž materiál byl pod tlakem zahříván na 450 stupňů Celsia a následně ochlazen. Ukázalo se, že tímto procesem dojde ke změně struktury tak, že je schopná stabilně fungovat v efektivní konfiguraci při běžných teplotách. Při správné kombinaci tlaku a teploty se krystaly změnily ze „žluté“ na „černou“ a po uvolnění tlaku zůstaly v černé fázi.

Materiál zůstal stabilní a efektivní při obvyklých teplotách po dobu 10 až 30 dnů, případně déle. Ukázalo se také, že je také odolný vůči poškození vlhkým vzduchem, což je pro solární články, které mají fungovat v reálném světě, velmi důležité.

Zkoumání rentgenovými paprsky a dalšími technikami potvrdilo posun v krystalové struktuře materiálu. Následné výpočty teoretiků Chunjinga Jia a Thomase Devereauxe poskytly pohled na to, jak tlak změnil strukturu a způsobil zachování „černé“ fáze.

Ještě není vyhráno

„Toto je první studie, která používá k získání stability tlak, což otevírá mnoho dalších možností,“ uvedl vědecký pracovník Yu Lin. „Když jsme našli tento způsob přípravy materiálu, pak existuje potenciál pro jeho zavedení do průmyslové výroby a pro použití stejného přístupu k manipulaci s dalšími perovskitovými fázemi.“

Nutno podotknout, že jde zatím jen o první experimenty. Než bude možné tento přístup použít ke komerční výrobě solárních článků nové generace, bude nutné provést ještě další výzkumy. Jde ale o poznatek, který vědcům otevírá spoustu příležitostí pokračovat ve zkoumání.

Každopádně dosavadní výsledky výzkumu byly v lednu publikovány v odborném časopise Nature Communications. Uvidíme, jakým dalším směrem se bude ubírat tento nadějně započatý vědecký výzkum a zda se jeho výsledky v budoucnosti promítnou do praxe.

Zdroje: digitaltrends.com, phys.org, nature.com.

[unicast]

To vypadá, že se s perovskitem poněkud pokročilo:

https://archiv.ihned.cz/c1-66943340-hra ... a-pokorena