Metodę, która ogranicza straty optyczne ogniw fotowoltaicznych nowej generacji opracowali naukowcy z Fraunhofer Institute for Solar Energy ISE oraz Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego (FUW), współautorzy artykułu w Advanced Materials and Interfaces. Eksperyment oraz modelowanie zostały zrealizowane we Freiburgu przy wiodącym udziale Macieja Krajewskiego z FUW. Wizualizacja znalazła się na okładce czasopisma.

Jak przypomniano w komunikacie Wydziału Fizyki UW, najczęściej stosowanym materiałem do produkcji paneli fotowoltaicznych jest krzem. Jednak ogniwa na bazie krzemu zbliżają się już do swojego fizycznego limitu wydajności. Straty są powodowane m.in. przez zjawisko odbicia. Aby zmniejszyć odbicie i zwiększyć prąd generowany przez urządzenie, ogniwa krzemowe zwykle poddaje się trawieniu silnie żrącymi środkami chemicznymi. Na ich powierzchni tworzą się wtedy wzory mikroskopijnych piramid.

Ogniwa na bazie perowskitów są powszechnie uważane za następcę dominujących na rynku ogniw krzemowych. Obecnie oferują one wydajność powyżej 26 proc., można je też łatwo produkować metodami chemicznymi. Ale perowskity są wrażliwe na wiele substancji chemicznych. Aby zmniejszyć ich odbicie, trzeba było dotąd napylać na nie mniej efektywne powłoki antyodbiciowe.

Grafika z okładki pisma "Advanced Materials and Interfaces" - wizualizacja uzyskanego ogniwa perowskitowego z antyodbiciową strukturą o symetrii plastra miodu. Źródło: Maciej Krajewski, Uniwersytet Warszawski

Zespół z udziałem Macieja Krajewskiego zaprezentował wydajną strukturę antyodbiciową o symetrii plastra miodu na powierzchni perowskitu. Nałożono ją techniką nanoimprintingu – która pozwala wytwarzać nanometrowe struktury na bardzo dużych powierzchniach, sięgających powyżej stu centymetrów kwadratowych. "Dzięki temu zagwarantowana jest od razu skalowalność procesu produkcji urządzeń o dużej powierzchni. To istotne w kontekście pilnej potrzeby transformacji energetycznej" – mówi fizyk z UW. Tak zmodyfikowane próbki wykazują wyższą wydajność w porównaniu z ogniwami z dotychczas używanymi powłokami antyodbiciowymi.

Eksperyment potwierdził, że nanoimprinting nie uszkadza perowskitu. To otwiera możliwość zastosowania innych struktur, odpowiednio dobranych do danej architektury ogniwa. "Do tej pory naukowcy nakładali podobne antyodbiciowe struktury jako oddzielnie przygotowane warstwy w odrębnym procesie technologicznym, który był małoskalowy i podatny na uszkodzenia warstwy aktywnej. Dzięki zastosowaniu prostej metody nanoimprintingu możliwe jest wytwarzanie całego urządzenia w dużej skali i w jednym procesie technologicznym, co ma fundamentalne znaczenie dla obniżenia kosztów całego przedsięwzięcia" - podano w komunikacie.

Metoda opisana przez badaczy może być stosowana w układach łączących ogniwa krzemowe i perowskitowe. Procedurę będzie można przenieść na nowo powstające architektury fotowoltaiczne, co może prowadzić do dalszego zwiększania wydajności. "Opublikowane wyniki torują drogę nowym urządzeniom fotowoltaicznym ze świetnymi właściwościami optoelektronicznymi, produkowanym z wykorzystaniem techniki nanoimprintingu" - podsumowują współautorzy badania. (PAP)

Nauka w Polsce