Fotowoltaika w sprayu, organiczna, a może w folii, którą można obkleić dosłownie wszystko? To wcale nie jest odległa wizja. To dzieje się już teraz. Ogniwa fotowoltaiczne nie muszą kojarzyć się tylko z dachami. Cały czas prowadzone są badania nad nowymi materiałami i formami ogniw oraz coraz szerszym ich zastosowaniem. Przyszłość fotowoltaiki wygląda bardzo ciekawie. Wiele jeszcze przed nami.

solar cell

Powyższe zdjęcie zostało wykonane mikroskopem optycznym i przedstawia uszkodzoną komórkę w cienkowarstwowym ogniwie fotowoltaicznym. Ogniwa takie powstają poprzez nałożenie na siebie wielu wartsw folii. Przy produkcji używa się różnych materiałów i czasem zdarza się, że nie są ze sobą kompatybilne. Zaczynają się wtedy rozwarstwiać i na folii powstają pęcherzyki lub zmarszczki.

PV Organic

Coraz bardziej popularne są produkty organiczne, głównie jednak kojarzą się z artykułami spożywczymi. Okazuje się, że organiczne mogą być też ogniwa PV. Standardowe ogniwa zrobione są z płytek krzemowych (drogich i kruchych) lub matriałów takich jak amorficzny krzem, siarczek kadmu, tellurek kadmu, miedziano-indowy dwuselen (często wymagają do obróbki wysokich temperatur lub podciśnienia).

Czym jest organiczna fotowoltaika? To naturalne polimery. Ich wielką zaletą jest to, że można je rozpuszczać w cieczy, a to znacznie ułatwia nanoszenie na wszelkie powierzchnie. W ten sposób organiczne ogniwa mogą być wytwarzane za pomocą wielu prostych technik: sitodruk, druk atramentowy i natryskiwanie. Jest to bardzo konkurencyjna technologia.

Od cieczy do sprayu niedaleko

Wynaleziono już spray, którym wystarczy spryskać szybę, aby uzyskać efekt ogniwa fotowoltaicznego. Spray nie potrzebuje do działania szczególnych warunków, a spryskana szyba może wytwarzać energię korzystając zarówno z naturalnego światła, jak i sztucznego. Przede wszystkim zaś nie traci całkowicie swojej transparentności. Spray zawiera komórki fotowoltaiczne cztery razy mniejsze od ziarnka ryżu. Oznacza to, że wyprodukowane ogniwa będą mogły być 10 razy cieńsze od tych, które dziś nazywamy cienkowarstwowymi (tzw. ogniwa II generacji, niemal 100 razy cieńsze niż te z krzemu poli- i mono-krystalicznego). Dzięki tak małym komórkom fotowoltaicznym będzie można je „nakładać“ nie tylko na szkło, ale też na plastik czy nawet papier.

Co właściwie oznacza taki spray? Czy każdy będzie mógł go kupić, spryskać okna w domu i zacząć korzystać z odnawialnej energii? Może kiedyś tak, jednak na razie wynalazek ten jest ważny o tyle, że wprowadza nową technologię przy produkcji fotowoltaicznych powierzchni. Obecnie przy produkcji cienkowarstwowych ogniw PV używa się powolnych, drogich metod i wysokich temperatur. Dzięki nowej metodzie produkcja takich paneli będzie o wiele prostsza, szybsza i tańsza, a na dodatek będą częściowo transparentne.

Fotowoltaiczna folia

Użycie sprayu jako metody nakładania cząsteczek fotowoltaicznych pozwala na produkcję ogniw w postaci folii. Norwegowie wraz z naukowcami z Uniwersytetu w Leicester opatentowali transparentną folię, która może służyć pokrywaniu okien budynku i w ten sposób zamieniać je w panele fotowoltaiczne.

Folia jest przezroczysta, chociaż nie w stu procentach. Z oczywistych powodów musi pochłaniać nieco promieni słonecznych. W mocno nasłonecznionych miejscach może być to dodatkowy atut, na przykład w biurowcach, w których na co dzień używa się żaluzji lub rolet zabezpieczających przed zbyt ostrym słońcem. Również w takich miejscach, czy raczej na takich szerokościach geograficznych, folie PV na oknach mogą bardzo efektywnie blokować nagrzewanie się pomieszczeń wewnątrz budynku.

Folie fotowoltaiczne mają jeszcze inne plusy. Nie można zapomnieć o ich niższej cenie, prostszej instalacji oraz o tym, że pozwalają na efektywne wykorzystanie różnych powierzchni do produkcji energii. Temu wszystkiemu towarzyszy minus w postaci niższej wydajności energetycznej takich ogniw. Mimo wszystko technologia ta pozwala na zagospodarowanie niewykorzystanych powierzchni i z pewnością jest warta zachodu.

Polskie odkrycie

Olga Malinkiewicz z Instytutu Nauki Molekularnej na Uniwersytecie w Walencji zdobyła nagrodę Photonics21 przyznawaną przez Komisję Europejską za osiągnięcia z dziedziny fotowoltaiki. Jej praca przyczyni się do użycia perowskitów w ogniwach fotowoltaicznych, co znacząco może obniżyć ich koszt. Materiał ten jest kolejnym, który pozwoli na wykorzystanie metody sprayu przy produkcji ogniw oraz na ich transparentność. Proces ten nie wymaga wysokich temperatur, a dzięki temu perowskity można nakładać nie tylko na szkło, ale też folię i papier.

Brzmi podobnie jak przy ogniwach organicznych, opisanych wyżej. Jednak jest jedna istotna różnica: ogniwa perowskitowe są o wiele bardziej wydajne. W perowskitach chodzi bardziej o ich architekturę niż skład. Przyjmują one formę krystalicznej siatki i mogą łączyć w sobie materiały organiczne z nieorganicznymi. Dzięki temu mogą mieć pożądane w energetyce właściwości.

Słoneczny, złoty biznes

W odnawialnych źródłach energii tkwi wielki potencjał, szczególnie w fotowoltaice. Jej przyszłość będzie związana ściśle z architekturą oraz budownictwem aktywnym. Na ścianach budynków rozwijać będziemy folię fotowoltaiczną, która podłączona do instalacji elektrycznej dostarczać będzie energię.

Popularne dziś panele fotowoltaiczne muszą być ustawione pod właściwym kątem, aby w zależności od szerokości geograficznej, pracować jak najbardziej wydajnie. Jak w takim razie będą działać folie fotowoltaiczne rozkładane na pionowych ścianach budynków? Okazuje się, że w przypadku folii nie jest to problemem. Ponieważ ogniwa te są bardzo cienkie, to pochałaniają taką samą ilość światła bez względu na kąt nachylenia.

Po co marnować ziemię pod farmy fotowoltaiczne, jeśli można wykorzystać ściany i okna budynków? Pomyślmy tylko ile jest miast na całym świecie, a w nich ile już istniejących i planowanych drapaczy chmur czy mniejszych budynków. Każdy z nich może pracować na siebie.

 

 

——————————————————————-

Artykuł opracowano na podstawie następujących źródeł:

http://www.newenergytechnologiesinc.com/technology/solarwindow

http://www.physorg.com/news200631202.html

http://eurofundsnews.eu/wazne/bedzie-rewolucja-w-fotowoltaice-tania-folia-z-ogniwami-perowskitowymi-za-drogich-paneli/

 

Zdjęcie tytułowe jest autorstwa Erenn Ore. Pobrane z profilu Engineering at Cambridge na Flickrze. W zdjęciu nie wprowadzano zmian. Dostepne jest na licencji CC BY-NC-ND 2.0.