Przezroczyste ogniwa fotowoltaiczne – jasna przyszłość energetyki Naukowcy opracowują innowacyjne, przezroczyste ogniwa fotowoltaiczne, które można montować jako okna, co przyczyni się do obniżenia zużycia energii i kosztów eksploatacji budynków. Zmiana klimatu i środowisko Energia © luchschenF/Shutterstock Celem Unii Europejskiej jest przejście do czystego, przystępnego cenowo, zrównoważonego i konkurencyjnego systemu energetycznego. Odnawialne źródła energii, takie jak energia słoneczna, odgrywają kluczową rolę w zasilaniu tej transformacji, której jednym z głównych elementów jest zmniejszanie uzależnienia UE od paliw kopalnych. Aby zmaksymalizować udział energii ze źródeł odnawialnych w takich sektorach jak budownictwo czy miejskie oświetlenie uliczne, potrzebny jest dalszy rozwój technologii fotowoltaicznych (PV). „O ile jest to możliwe, preferuje się rozmieszczenie paneli słonecznych na już istniejących konstrukcjach, aby uniknąć wprowadzania elementu sztuczności do naturalnego krajobrazu pól czy też użytkowania/ograniczania obszarów przyrodniczych. Jednak integracja modułów PV nie zawsze jest korzystna pod względem estetycznym, co powoduje problemy z akceptacją społeczną zarówno ze strony decydentów, jak i społeczeństwa”, zauważa Frédéric Sauvage, dyrektor ds. badań w Narodowym Centrum Badań Naukowych (CNRS) we Francji i koordynator projektu. Dzieje się tak dlatego, że technologie PV są nieprzezroczyste lub półprzezroczyste i mogą być instalowane wyłącznie na dachach lub w nieprzezroczystych lub półprzezroczystych fasadach. I tutaj ogromną rolę odgrywa finansowany przez UE projekt IMPRESSIVE, w ramach którego podjęto wyzwanie opracowania przezroczystych ogniw fotowoltaicznych, które można zintegrować na dużą skalę, na przykład jako okna w budynkach. „Naszym celem było opracowanie całkowicie nieinwazyjnej technologii PV: estetycznej, przezroczystej, bezbarwnej, a jednocześnie wydajnej i taniej”, dodaje Sauvage. Perowskitowe i barwnikowe ogniwa słoneczne z szerokim pasmem wzbronionym Zamiarem twórców projektu IMPRESSIVE było, aby technologia PV w sposób selektywny przekształcała światło niewidzialne dla ludzkiego oka. Aby to osiągnąć, w ramach projektu opracowano dwa absorbery: wydajny absorber UV oparty na perowskitowych ogniwach słonecznych oraz absorber bliskiej podczerwieni (NIR) oparty na barwnikowych ogniwach słonecznych. Utorowały one drogę do stworzenia w pełni przezroczystego i bezbarwnego ogniwa tandemowego. „W połączeniu obie technologie przetwarzają energię słoneczną ze sprawnością konwersji energii (ang. power conversion efficiency, PCE) wynoszącą 14 % i poziomem średniej przepuszczalności światła widzialnego (ang. average visible transmittance, AVT) wyższym niż 55 %. Odrębna technologia pozwala na osiągnięcie PCE na poziomie do 8 % i AVT do 80 %, co przekłada się na taki wygląd, jak w przypadku okna z podwójną szybą”, twierdzi Sauvage. Okno wytwarzające bezemisyjną energię elektryczną W projekcie IMPRESSIVE udało się wykazać, że półprzezroczysty perowskitowy absorber UV może osiągnąć PCE wynoszące ponad 10 %, a AVT – około 60 %. „Pokazaliśmy, że dzięki opracowanemu przez nas specyficznemu składowi i architekturze urządzenia jest ono w stanie pozytywnie przejść testy przyspieszonego starzenia zgodnie z normą IEC61646, co rozwiązuje istotny problem na drodze do produkcji przemysłowej”, podkreśla Sauvage. Równolegle CNRS opatentowało nową rodzinę sensybilizatorów selektywnych w zakresie NIR, zapewniających wyższą wydajność i stabilność oraz osiągających doskonałą przejrzystość po zintegrowaniu ze specjalnie zoptymalizowanymi barwnikowymi ogniwami słonecznymi. „Nasze okno PV pozwala zmniejszyć zapotrzebowanie na klimatyzację w okresie letnim i na ogrzewanie w okresie zimowym w budynkach użytkowych i mieszkalnych dzięki wewnętrznej technologii, która cechuje się specyficzną absorpcją w jednym obszarze NIR (800–1 000 nm) i odbiciem w drugim obszarze NIR (>1 000 nm). Oferujemy okno wytwarzające bezemisyjną energię elektryczną dzięki wykorzystaniu światła słonecznego”, podsumowuje Sauvage. Inaczej niż w przypadku obecnie dostępnej technologii PV, która wymaga wysokiej jakości monokryształów, a także wielu etapów oczyszczania w warunkach próżni lub wysokich temperatur (> 1 000 °C), technologia opracowana w projekcie IMPRESSIVE opiera się na przetwarzaniu roztworów, a zatem jest bardziej przyjazna dla środowiska, jeśli chodzi o okres zwrotu energii (krótszy niż 3 miesiące) oraz emisję CO2. W celu zastąpienia pasywnych okien oknami wytwarzającymi energię elektryczną zespół projektu aktywnie pracuje nad dalszą poprawą wydajności obu technologii i przygotowaniem przezroczystych ogniw PV do wprowadzenia do produkcji przemysłowej. Słowa kluczowe IMPRESSIVE, PV, fotowoltaika, przezroczyste ogniwa fotowoltaiczne, perowskitowe ogniwo słoneczne, absorpcja bliskiej podczerwieni, barwnikowe ogniwo słoneczne, bezemisyjna energia elektryczna, panel słoneczny, okna, moc, słońce, energia
