Στα περίχωρα του Brandenburg an der Havel, στη Γερμανία, βρίσκεται ένα εργοστάσιο που υπόσχεται να φέρει επανάσταση στο μέλλον της ηλιακής ενέργειας. Εκεί, η βρετανική εταιρεία Oxford PV παράγει ηλιακά κύτταρα που χρησιμοποιούν περοβσκίτες, ένα υλικό που πολλοί θεωρούν κλειδί για το μέλλον της ηλιακής ενέργειας. Αυτά τα κύτταρα αντιπροσωπεύουν έναν νέο τύπο τεχνολογίας που βασίζεται στον περοβσκίτη, ο οποίος θα μπορούσε να αλλάξει το τοπίο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.
Εργοστάσιο ηλιακών τεχνολογιών
Το εργοστάσιο φωτοβολταϊκών της Οξφόρδης περιβάλλεται από ήρεμη ύπαιθρο, αλλά στο εσωτερικό αναπτύσσονται καινοτομίες που θα μπορούσαν να μεταμορφώσουν την παραγωγή ηλιακής ενέργειας. Ο Chris Case, ο επικεφαλής τεχνολογίας της εταιρείας, περιγράφει τον τόπο ως «την πραγματοποίηση των βαθύτερων φιλοδοξιών μου».
Η Oxford PV, μαζί με άλλες εταιρείες όπως η QCells, έχει πιστέψει στην τεχνολογία περοβσκίτη. Αυτό το φωτοβολταϊκό υλικό, σχετικά φθηνό και εύκολο στην απόκτηση, έχει δείξει μεγάλες δυνατότητες στη βελτίωση της απόδοσης των ηλιακών συλλεκτών. Μάλιστα, αναμένεται να βγουν στην αγορά εμπορικά ηλιακά πάνελ με κυψέλες περοβσκίτη-πυριτίου τον επόμενο χρόνο.
Όσον αφορά άλλες εταιρείες σε αυτόν τον τομέα, η Hanwha QCells ανακοίνωσε την πρόθεσή της να επενδύσει 100 εκατομμύρια δολάρια σε μια γραμμή παραγωγής διπλών ηλιακών κυψελών, ενσωματώνοντας πυρίτιο και περοβσκίτη, μια τεχνολογία που θα τεθεί σε λειτουργία μέχρι το τέλος του 2024. Αυτό δείχνει ότι οι μεγάλες μάρκες είναι ποντάροντας πολύ σε αυτή την καινοτομία.
Ένας νέος τύπος ηλιακής κυψέλης με τεχνολογία περοβσκίτη
Αυτό που είναι συναρπαστικό με τα ηλιακά κύτταρα που κατασκευάζονται με περοβσκίτη είναι η ικανότητά τους να συλλαμβάνουν μεγαλύτερη ποσότητα ηλιακού φωτός σε σύγκριση με τα συμβατικά κύτταρα πυριτίου. Με την ενσωμάτωση και των δύο υλικών, μέσω αυτού που είναι γνωστό ως διαδοχικά ηλιακά κύτταρα, η συνολική απόδοση μετατροπής ενέργειας μπορεί να αυξηθεί. Ενώ τα ηλιακά κύτταρα πυριτίου από μόνα τους μπορούν να φτάσουν έως και 26% απόδοση, τα διαδοχικά κύτταρα περοβσκίτη ξεπερνούν εύκολα αυτό το όριο, επιτυγχάνοντας έως και 31,6%, όπως έδειξε πρόσφατα το Ινστιτούτο Fraunhofer.
Οι διαδοχικές κυψέλες έχουν το πλεονέκτημα ότι συλλαμβάνουν μεγαλύτερο εύρος ηλιακών μηκών κύματος. Αυτό επιτρέπει έως και 20% υψηλότερη παραγωγή ενέργειας σε σύγκριση με τις παραδοσιακές κυψέλες πυριτίου. Ωστόσο, το αρχικό κόστος των περοβσκιτών παραμένει μια πρόκληση, αν και οι υποστηρικτές της τεχνολογίας σημειώνουν ότι σε πυκνές αστικές περιοχές ή βιομηχανικά συγκροτήματα όπου η γη είναι περιορισμένη, η αυξημένη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας θα αντισταθμίσει γρήγορα τις πρόσθετες δαπάνες.
Επιπτώσεις του νέου τύπου ηλιακής κυψέλης περοβσκίτη
Η επίδραση αυτής της τεχνολογίας είναι σημαντική. Σε αντίθεση με τις κυψέλες πυριτίου, οι κυψέλες περοβσκίτη μπορούν να κατασκευαστούν σε πολύ χαμηλότερες θερμοκρασίες, μειώνοντας το κόστος παραγωγής. Επιπλέον, είναι πιο εύκαμπτα και ελαφρύτερα και μπορούν να εφαρμοστούν σε πιο διαφορετικές επιφάνειες, όπως μπαλκόνια ή ακόμα και κουφώματα.
Η αγορά ηλιακής ενέργειας αναμένεται να χρειαστεί μέχρι Χωρητικότητα 75 τεραβάτ (TW). εγκατασταθεί έως το 2050 σε σύγκριση με το σημερινό 1,2 TW. Παρά την πρόοδο στους περοβσκίτες, η πρόκληση παραμένει η ανθεκτικότητά τους. Ακόμα κι έτσι, σημαντικές πρόοδοι σε υλικά και επιφανειακές επεξεργασίες, όπως π.χ παθητικοποίηση, βελτιώνουν σημαντικά τη μακροπρόθεσμη σταθερότητά τους.
Για παράδειγμα, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι η παθητικοποίηση με χρήση αμινοσιλανών μπορεί να βελτιώσει τόσο την αποτελεσματικότητα όσο και τη λειτουργική σταθερότητα των κυττάρων περοβσκίτη. Χάρη σε αυτές τις θεραπείες, κατέστη δυνατή η διατήρηση έως και 95% της αρχικής απόδοσης μετά από 1.500 ώρες χρήσης σε ακραίες συνθήκες.
Ρεκόρ αποτελεσματικότητας
Τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη έχουν εξελιχθεί πολύ γρήγορα. Ενώ το 2009 μόλις και μετά βίας μπορούσαν να μετατρέψουν το 3,8% του ηλιακού φωτός σε ενέργεια, οι τρέχουσες εκδόσεις φθάνουν ήδη το 26,1% απόδοση και ακόμη και το 31,6% στη διπλή τους μορφή με πυρίτιο, όπως αναφέραμε προηγουμένως.
Επιπλέον, ορισμένα εργαστήρια σε όλο τον κόσμο εξερευνούν ακόμη πιο προηγμένες εκδόσεις αυτών των κυττάρων, όπως κύτταρα διαδοχή περοβσκίτη-περοβσκίτη, τα οποία απαλλάσσουν πλήρως το πυρίτιο, και τα οποία έχουν ήδη επιτύχει απόδοση 28,49%. Ενώ αυτές οι εκδόσεις βρίσκονται ακόμη σε εξέλιξη, προσφέρουν τη δυνατότητα ακόμη μεγαλύτερης παραγωγής ενέργειας χάρη στην ικανότητά τους να συλλαμβάνουν διαφορετικά μέρη του ηλιακού φάσματος με υλικά πολύ φθηνότερα από το πυρίτιο.
Πρακτικά, αυτές οι εξελίξεις όχι μόνο ωθούν τα παραδοσιακά όρια των ηλιακών κυψελών, αλλά θα μπορούσαν να μειώσουν το συνολικό κόστος αυτών των τεχνολογιών, καθιστώντας τις πιο προσιτές και ευέλικτες για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Αυτό είναι το κλειδί για τη μαζική υιοθέτηση της ηλιακής ενέργειας σε όλο τον κόσμο.
Με όλες αυτές τις καινοτομίες, αν και υπάρχουν ακόμη προκλήσεις που πρέπει να επιλυθούν, όπως η υποβάθμιση λόγω υγρασίας ή ζέστης, ο περοβσκίτης είναι καθ' οδόν για να δημιουργήσει μια πραγματική επανάσταση στη βιομηχανία ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Εάν οι πρόοδοι στην ανθεκτικότητα μπορούν να ταιριάζουν με αυτές στην απόδοση, οι περοβσκίτες είναι πιθανό να ξεπεράσουν τις τρέχουσες τεχνολογίες και να αλλάξουν ριζικά τον τρόπο με τον οποίο ο κόσμος καταναλώνει την ηλιακή ενέργεια.
Καθώς αυτή η τεχνολογία συνεχίζει να σπάει ρεκόρ μετά από ρεκόρ, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι βρισκόμαστε στο κατώφλι μιας νέας εποχής για την ηλιακή ενέργεια, μια εποχή όπου η καθαρή ενέργεια θα είναι πιο αποτελεσματική, προσβάσιμη και βιώσιμη από ποτέ.