Zbalenie malých solárnych článkov, ako sú mikrošošovky v zloženom oku hmyzu, by mohlo pripraviť cestu k novej generácii pokročilej fotovoltaiky, tvrdia vedci zo Stanfordskej univerzity.

„Perovskity sú sľubné, lacné materiály, ktoré premieňajú slnečné svetlo na elektrinu rovnako efektívne ako konvenčné solárne články vyrobené z kremíka,“ povedal Reinhold Dauskardt, profesor materiálovej vedy a inžinierstva a hlavný autor štúdie. „Problémom je, že perovskity sú extrémne nestabilné a mechanicky krehké. Sotva by prežili výrobný proces, nehovoriac o tom, že by boli dlhodobo odolné v prostredí.“

Väčšina solárnych zariadení, ako sú strešné panely, používa plochý alebo rovinný dizajn. Tento prístup však nefunguje dobre s perovskitovými solárnymi článkami.

„Perovskity sú najkrehkejšie materiály, aké boli kedy testované v histórii nášho laboratória,“ povedal postgraduálny študent Nicholas Rolston, spoluautor štúdie E&ES. „Táto krehkosť súvisí s krehkou soľnou kryštálovou štruktúrou perovskitu, ktorá má mechanické vlastnosti podobné stolovej soli.“

Oko muchy

Aby sa tím zo Stanfordu vyrovnal s výzvou týkajúcou sa odolnosti, obrátil sa na prírodu. „Inšpirovali sme sa zloženým okom muchy, ktoré pozostáva zo stoviek malých segmentovaných očí,“ vysvetlil Dauskardt. „Má krásny voštinový tvar so zabudovanou redundanciou: Ak stratíte jeden segment, budú fungovať stovky ďalších. Každý segment je veľmi krehký, ale je chránený stenou lešenia okolo neho.“

Pomocou zloženého oka ako modelu vedci vytvorili zložený solárny článok pozostávajúci z obrovskej voštiny z perovskitových mikročlánkov, z ktorých každý je zapuzdrený v šesťuholníkovom lešení s šírkou len 0,02 palca (500 mikrónov).

„Lešenie je vyrobené z lacnej epoxidovej živice široko používanej v mikroelektronickom priemysle,“ povedal Rolston. „Je odolný voči mechanickému namáhaniu, a teda oveľa odolnejší voči zlomeniu.“

Testy vykonané počas štúdie odhalili, že lešenie malo malý vplyv na to, ako efektívne perovskit premieňa svetlo na elektrinu.

„Z každého malého perovskitového článku sme získali takmer rovnakú účinnosť premeny energie, akú by sme získali z planárneho solárneho článku,“ povedal Dauskardt. „Takže sme dosiahli obrovské zvýšenie odolnosti proti zlomeniu bez penalizácie za efektivitu.“

Trvanlivosť

Dokáže však nové zariadenie odolať takému teplu a vlhkosti, aké znášajú bežné strešné solárne panely?

Aby to vedci zistili, vystavili zapuzdrené perovskitové bunky pôsobeniu teplôt 185 F (85 C) a 85-percentnej relatívnej vlhkosti počas šiestich týždňov. Napriek týmto extrémnym podmienkam články naďalej generovali elektrinu s relatívne vysokou mierou účinnosti.

Dauskardt a jeho kolegovia podali dočasný patent na novú technológiu. Na zlepšenie účinnosti študujú nové spôsoby rozptylu svetla z lešenia do perovskitového jadra každej bunky.

„Sme veľmi nadšení z týchto výsledkov,“ povedal. „Je to nový spôsob uvažovania o navrhovaní solárnych článkov. Tieto bunky lešenia tiež vyzerajú naozaj skvele, takže existuje niekoľko zaujímavých estetických možností pre aplikácie v reálnom svete.“

Zdroj: https://nano-magazine.com/news/2017/9/1/new-solar-cells-inspired-by-insect-eyes