Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda poinformowali, że układanie małych ogniw fotowoltaicznych w kształcie, jaki jest spotykany w ułożeniu mikrosoczewek w oczach owada, może utorować drogę do nowej generacji ogniw.

Inspirowane naturą

Większość instalacji słonecznych, takich jak panele na dachu ma płaski kształt. Taka forma nie jest dobra dla perowskitów. W nowym badaniu zespół Stanford wykorzystywał projekt zainspirowany owadami, chroniąc delikatny materiał fotowoltaiczny zwany perowskitami przed obniżaniem jakości pod wpływem ciepła, wilgoci lub naprężeń mechanicznych.

 

– Perowskity są najbardziej delikatnymi materiałami, jaki kiedykolwiek testowaliśmy w historii naszego laboratorium – powiedział Nicholas Rolston, współautor badania. – Ta delikatność jest związana z kruchą, podobną do soli strukturą krystaliczną perowskitów – wyjaśnił.

W centrum oka muchy

Aby rozwiązać problem trwałości, zespół Stanford zwrócił się do natury.

– Zainspirowaliśmy się złożonym okiem muchy, które składa się z setek małych, podzielonych oczu. Ma piękny kształt plastra miodu z wbudowaną redundancją: jeśli stracisz jeden segment, setki innych będą działać. Każdy segment jest bardzo delikatny i otoczony rusztowaniem – wyjaśnił kierujący zespołem prof. Reinhold Dauskardt.

 

Używając oka jako modelu, naukowcy stworzyli złożoną komórkę słoneczną, składającą się z ogniw w kształcie plastra miodu, z których każde została zamknięta w szkielecie o kształcie sześciokąta o szerokości 500 mikrometrów.

Trwałość i odporność

– Rusztowanie wykonane jest z niedrogiej żywicy epoksydowej szeroko stosowanej w przemyśle mikroelektroniki. Jest odporne na naprężenia mechaniczne, a tym samym bardziej odporne na pęknięcia – powiedział Rolston.

Przeprowadzone badania wykazały, że rusztowania miały niewielki wpływ na skuteczność przekształcania światła w elektryczność perowskitów.

– Z każdej małej komórki perowskita uzyskaliśmy prawie taką samą wydajność konwersji mocy jak ze standardowego panelu. Osiągnęliśmy więc ogromny wzrost odporności na pęknięcia bez obniżenia skuteczności – ocenia Dauskardt.

Nowe znaczy lepsze?

Czy jednak nowe urządzenie wytrzymuje ciepło i wilgotność, na jakie są narażone konwencjonalne panele słoneczne? Aby się tego dowiedzieć naukowcy kontynuowali analizy sześć tygodni. Mimo tych ekstremalnych warunków, komórki w dalszym ciągu wytwarzały niezmienioną ilość energii.

 

Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Energy & Environmental Science. Obecnie Dauskardt i jego koledzy złożyli wniosek o opatentowanie nowej technologii. W celu poprawy efektywności studiują również nowe sposoby rozpraszania światła.

– Bardzo się cieszymy z tych wyników. To nowy sposób myślenia o projektowaniu ogniw słonecznych. Praca była wspierana grantem Instytutu The Stanford Precourt Institute for Energy z dodatkowym wsparciem ze strony Narodowej Fundacji Nauki – komentuje Dauskardt.