Naukowcy z Uniwersytetu Åbo Akademi dokonali przełomu, który przez wielu uznawany był za niemożliwy: stworzyli organiczne ogniwa słoneczne, które pozostają stabilne i wydajne przez ponad 16 lat. To przełomowe odkrycie, opublikowane 9 stycznia w prestiżowym czasopiśmie Nature Photonics, stanowi znaczący krok naprzód w kierunku wykorzystania elastycznych i lekkich paneli słonecznych w codziennym życiu.
Badacze opracowali innowacyjną warstwę ochronną, która nie tylko zabezpiecza ogniwa słoneczne przed degradacją, ale także zwiększa ich wydajność, osiągając rekordowe wartości. Ich ogniwa uzyskały wydajność na poziomie 18,49% przy zastosowaniach na małą skalę, a nawet po zwiększeniu rozmiaru paneli wydajność ta wynosiła imponujące 18,06%. To osiągnięcie, któremu dotychczas nie sprostał żaden zespół badawczy.
Przełom w stabilizacji ogniw
Kluczowym elementem tego sukcesu jest opracowanie ochronnej warstwy o grubości zaledwie 2 nanometrów – to około 50 tysięcy razy mniej niż średnica ludzkiego włosa. Ultra-cienka osłona wykonana z tlenoazotku krzemu (SiOxNy) nie tylko chroni delikatne organiczne materiały wewnątrz ogniwa, ale również poprawia ich wydajność.
„Nasza praca pozwoliła zidentyfikować dotychczas nieznany mechanizm strat w organicznych ogniwach słonecznych i znaleźć sposób na jego eliminację” – tłumaczy Ronald Österbacka, jeden z głównych badaczy. Zastosowanie tej nowatorskiej warstwy ochronnej pozwoliło wyeliminować problem związany z defektami w dolnej warstwie styku ogniwa, które pochłaniały i marnowały część światła słonecznego.
Nowe standardy wydajności i trwałości
Podczas testów obejmujących długotrwałe oświetlenie, chronione ogniwa słoneczne zachowały aż 94% swojej pierwotnej wydajności po 2 tysiącach godzin pracy. Na podstawie tych wyników naukowcy oszacowali, że ogniwa te zachowają 80% swojej wydajności przez 24 700 godzin użytkowania, co odpowiada ponad 16 latom normalnego działania w rzeczywistych warunkach.
To niewiarygodne osiągnięcie znacząco przewyższa dotychczasowe technologie organicznych ogniw słonecznych, które degradowały się znacznie szybciej. Połączenie wysokiej wydajności i przedłużonej trwałości przybliża możliwość praktycznego zastosowania elastycznych ogniw na rynku.
Krok w stronę rynku
Odkrycie to ma ogromne znaczenie nie tylko jako rekord dotyczący wydajności i trwałości. Organiczne ogniwa słoneczne mają szczególny potencjał w zastosowaniach komercyjnych, ponieważ są lekkie, elastyczne i można je produkować w energooszczędnych procesach. Do tej pory ich podatność na degradację pod wpływem światła słonecznego i powietrza stanowiła główną przeszkodę w ich szerokim wykorzystaniu.
Zespół badawczy, we współpracy z Instytutem Nano-Tech i Nano-Bionics w Suzhou, udowodnił, że ich innowacja działa nie tylko w warunkach laboratoryjnych na małych próbkach, ale także w większych panelach o powierzchni 1 centymetra kwadratowego, co jest kluczowym krokiem ku praktycznym zastosowaniom.
Perspektywy na przyszłość
Skutki tego przełomu wykraczają daleko poza laboratoria naukowe. Warstwa ochronna, opracowana przez naukowców, może być nakładana przy użyciu prostych metod opartych na roztworach, które są kompatybilne z procesami produkcyjnymi na szeroką skalę. Dzięki temu technologia ta staje się realną opcją dla masowej produkcji.
W miarę jak świat poszukuje coraz bardziej zrównoważonych rozwiązań energetycznych, trwalsze organiczne ogniwa słoneczne mogą otworzyć nowe możliwości w zakresie integracji energii słonecznej z budynkami, pojazdami i urządzeniami przenośnymi – wszędzie tam, gdzie tradycyjne, sztywne panele słoneczne są niepraktyczne.
