Τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη (Perovskite Solar Cells- PSCs) παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον,
τόσο για την ερευνητική κοινότητα, όσο και για τη βιομηχανία των φωτοβολταϊκών
συστημάτων.
Ο περοβσκίτης είναι ένα ορυκτό οξείδιο του ασβεστίου και του
τιτανίου της μορφής CaTiO3. Ανακαλύφθηκε το 1839 στα Ουράλια από τον Γκούσταβ Ρόζε (Gustav Rose) και πήρε το όνομά του από τον Ρώσο ορυκτολόγο Λεβ
Αλεξέγιεβιτς Περόβσκι (Lev Aleksevich Perovski).
Ο περοβσκίτης έχει
χρησιμοποιηθεί με επιτυχία σε ηλιακά κύτταρα στερεάς κατάστασης (solid – state solar cells) από το 2012. Η κρυσταλλική δομή των κυττάρων αυτών είναι
της μορφής ΑΒΧ3, όπου:
Α = ένα οργανικό
κατιόν – μεθυλαμμώνιο (methyloammonium)
(CH3NH3+) ή
φορμαμιδίνιο (formamidinium) (NH2CHNH2+).
Β = ένα μεγάλο
ανόργανο κατιόν – συνήθως μόλυβδος (Lead II) (Pb2+).
Χ3 =
ένα ελαφρώς μικρότερο ανιόν αλογόνου – συνήθως χλωρίδιο (CL-) ή ιωδίδιο (I-).
Τα υλικά των PSCs είναι φθηνά στην παραγωγή και απλά στην
κατασκευή τους.
Η αποδοτικότητα (efficiency) των PSCs έχει φτάσει σε
εργαστηριακές συνθήκες το 25,8 % σε αρχιτεκτονικές μονής σύνδεσης (single – junction), ενώ σε αρχιτεκτονικές διαδοχικών κυττάρων που βασίζονται
στο πυρίτιο (silicon based tandem cells), το 29,52%, υπερβαίνοντας έτσι τη μέγιστη αποδοτικότητα που
έχει επιτευχθεί σε ηλιακά κύτταρα πυριτίου μονής σύνδεσης (single junction silicon solar cells). Ο υψηλός συντελεστής απορρόφησης των ηλιακών κυττάρων
περοβσκίτη επιτρέπει την παραγωγή εξαιρετικά λεπτών φιλμ της τάξης των 500 nm που απορροφούν όλο το ορατό φάσμα της
ηλιακής ακτινοβολίας. Με την προοπτική της επίτευξης ακόμα μεγαλύτερης
αποδοτικότητας και πολύ χαμηλού κόστους παραγωγής, τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη
είναι λογικό να παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον από πλευράς εμπορικής
εκμετάλλευσης.
Τα PSCs παρουσιάζουν όμως ένα βασικό πρόβλημα,
με την αντιμετώπιση του οποίου ασχολούνται διάφορα ερευνητικά projects. Το πρόβλημα αυτό αφορά στη βραχυπρόθεσμη και μακροπρόθεσμη
αστάθειά τους. Η αστάθεια αυτή οφείλεται σε διάφορους παράγοντες, όπως
περιβαλλοντικές συνθήκες (υγρασία και οξυγόνο), θερμική καταπόνηση και
ενδογενής αστάθεια των υλικών (μεθυλοαμμώνιο, φορμαμιδίνιο) που θερμαίνονται με
την εφαρμοζόμενη τάση, επίδραση του φωτός (υπεριώδες φως & ορατό φως) και
μηχανική ευθραυστότητα.
Ένα άλλο πρόβλημα
που αφορά στα PSCs είναι η τοξικότητα του μολύβδου που
χρησιμοποιείται σε ορισμένα από αυτά. Διάφορες μελέτες έχουν γίνει για το
συγκεκριμένο θέμα, με τους επικρατέστερους υποψηφίους για την αντικατάσταση του
μολύβδου να είναι οι περοβσκίτες αλογονιδίου κασσιτέρου / Γερμανίου (Tin / Germanium – halides), οι
διπλοί περοβσκίτες και τα αλογονίδια Βισμουθίου / Αντιμονίου (Bismuth / Antimony – halides) με δομές
παρόμοιες με αυτές των περοβσκιτών.
Τελειώνοντας, θα
πρέπει να αναφέρουμε ότι τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη έχουν εφαρμογές στην
τροφοδότηση ασύρματων ηλεκτρονικών χαμηλής ισχύος, στα πλαίσια εφαρμογών που
σχετίζονται με το Διαδίκτυο των πραγμάτων (Inrernet of things), όπως π.χ. αισθητήρες φωτοβολταϊκών PV – RFID. Από την
άλλη πλευρά, η χρήση τους σε διαδοχικά κύτταρα πυριτίου – περοβσκίτη (tandem Si – peroskvite cells) έχει παρουσιάσει σημαντική άνοδο και είναι πιθανό ότι η
εμπορική ανάπτυξή τους σε εφαρμογές μεγάλης κλίμακας θα γίνει χρησιμοποιώντας
αυτή τη δομή.
Γιώργος Λαλόπουλος
Δ/νων Σύμβουλος
As we all know, the sun is necessary for every form of life on earth. It provides daylight, heat, energy for plant photosynthesis and vitamin D for humans, which is essential for strong and healthy bones and a good immune system. In recent years, a new field of application for solar energy has proven to be very popular: solar toys.
Solar toys
are equipped with solar (photovoltaic) cells that convert solar energy into
direct current. In some cases, they also have a rechargeable battery that
charges using solar energy.
A solar toy
without a rechargeable battery can use its solar cell, for example, to rotate a
small D.C. motor. Examples are solar windmills, solar planes, solar watermills,
solar helicopters, solar boats, solar cars, etc. On the other hand, a
rechargeable - and recyclable - battery uses the sun's rays via a solar panel to
charge the battery and make use of the stored energy afterwards. A typical example is the solar house, where
the stored energy is used to light up an LED when the house is placed in the
dark.
Solar toys
entertain children and at the same time give them the opportunity to learn
about solar energy and the environment. Children can learn how solar energy
works and create a culture of acceptance of renewable energy sources, thus
developing ecological conscience. In addition, solar toys can be used in school
projects, especially when they are in the form of assembly kits, so they can
help children develop their mental abilities and expand their analytical
skills.
Some other advantages of solar toys include the fact that they cause less pollution due to lower carbon waste production and are less expensive in the long run, as they do not require you to visit the market regularly, to buy a new set of batteries. For toys that use rechargeable batteries, all you must do is let the kids play in the sun and the batteries will charge easily on their own. You do not need to charge the batteries or connect the toys to the mains electricity.
In
conclusion, solar toys entertain children, providing them with the necessary
education about solar energy and ecological stimuli. Therefore, not only
children but also their parents are fond of them.
George Lalopoulos
C.E.O. at LAGI.PLAN(SOLAR TOYS)
