Perovskit je skvělý materiál pro solární články. Je ale také křehký a náchylný k poškození. Jihokorejští vědci vyvinuli nový materiál založený na grafenu, který dokáže ochránit perovskit v solárních článcích, aniž by došlo k podstatnému poklesu jejich účinnosti ve výrobě elektřiny.
Perovskit, čili minerál oxid titaničito-vápenatý se v poslední době ukazuje jako velmi slibný materiál pro výrobu solárních článků. Perovskitové články dnes mají slušnou účinnost při přeměně slunečního záření na elektřinu a zároveň jsou v porovnání s křemíkovými levnější a je snazší je vyrobit ve velkém. Také je lze bez větších obtíží tisknout za pomoci technologie 3D tisku nebo sprejovat na rozmanité povrchy.
Má to ale háček. Perovskit jako materiál sám o sobě není úplně trvanlivý a odolný. Je náchylný k postupné degradaci ionty, které pocházejí z kovových elektrod v solárním článku. Inženýři jihokorejského institutu Ulsan National Institute of Science and technology (UNIST) proto nedávno vyvinuli postup, s jehož pomocí lze perovskit v solárních článcích chránit a prodloužit tím jeho výdrž. Klíčovou ingrediencí v jejich receptu je přitom dnes velmi populární 2D uhlíkový materiál grafen.
Grafen je vlastně jediná vrstva pravidelně uspořádaných atomů uhlíku. Jako materiál má úžasné vlastnosti - je například velice pevný, zároveň průhledný, a také elektricky vodivý. Tyto vlastnosti grafen vyloženě předurčují k využití v solárních článcích pro ochranu perovskitu. Jeho struktura propouští fotony a elektrony, ale zamezuje průchodu iontů kovů.
Tým UNIST vytvořil speciální materiál GCEP (graphene copper grid-embedded polyimide), který je založený na grafenu. Tento materiál pak v solárním článku odděluje perovskit od kovové elektrody. Propouští sluneční záření až k perovskitu, kde se jeho energie z části přemění na elektřinu. Proud elektronů pak opět projde skrz GCEP ke kovové elektrodě, odkud může být elektřina dále využita nebo třeba uskladněna.
Badatelé v experimentech zjistili, že solární články s grafenovým brněním jsou v porovnání s podobnými články bez této ochranné vrstvy téměř stejně účinné. Přeměňují energii s účinností 16,4 procent, zatímco srovnatelné solární články bez „brnění“ s účinností 17,5 procent. Zároveň se ukázalo, že solární články s grafenem jsou stabilní po dlouhou dobu. V experimentech si tyto články po 1000 hodinách provozu udržely více než 97,5 procent původní účinnosti přeměny energie.
Výzkumný tým potvrdil, že nový typ solárního článku má i další výhody. Je celkově stabilnější a grafenové brnění opravdu velmi efektivně chrání perovskit před ionty kovu z elektrody. Grafenový materiál GCEP rovněž účinně chrání perovskit před UV zářením, které také může solární článek poškodit. Třešničkou na dortu je, že solární články s grafenem jsou mnohem ohebnější a flexibilnější než jejich současné protějšky. Po více než 5000 ohnutích si udržely zhruba 94 procent ze své původní účinnosti. Díky tomu by se skvěle uplatnily například jako zdroje energie pro nositelnou elektroniku.
Zdroj: UNIST