Nové solární panely z perovskitu připomínají včelí oko

15. září 2017

Kdyby se solární panely uskupily jako složené oko hmyzu, mohlo by to vést k nové generaci fotovoltaiky.

Stanfordova univerzita v kalifornském Palo Altu je už dlouhá léta jedním z duchovních center celého Silicon Valley. Právě zde vznikají nápady, které mění svět: z projektů na škole vyšlo mnoho úspěšných počítačových firem dneška, mezi jinými Google a Cisco Systems.

Nový projekt, jehož vývoj právě na Stanfordu oznámili, má potenciál stát se stejně velkým. Tamní fyzici totiž dokázali využít design běžný v oku hmyzu, aby tak udrželi uspořádaný jinak špatně stabilní a křehký fotovoltaický materiál perovskit. O přelomovém objevu informovali v odborném časopise Energy & Environmental Science (E&ES).

„Perovskit je velice slibný a laciný materiál, který umí velmi účinně přeměňovat sluneční světlo na elektřinu – je v tom stejně dobrý jako klasické panely složené z konvenčního silikonu,“ popsal princip profesor Reinhold Dauskardt, jehož práce byla základem objevu. „Problém je ale v tom, že perovskit je extrémně nestabilní a současně mechanicky křehký. Jen obtížně by vydržel byť jen proces zpracování, natož aby vydržel reálný provoz ve vnějším prostředí,“ dodal autor objevu.

Většina současných solárních panelů využívá plochý design podobný desce. Ale to by u perovskitu nefungovalo. „Jde o ty nejkřehčí materiály, které jsme v dějinách naší laboratoře testovali,“ uvedl v tiskovém prohlášení Nicholas Rolston, student, který se na objevu spolupodílel. „Může za to jeho křehká struktura, která svými mechanickými vlastnosti připomíná kuchyňskou sůl.“


Aby ho udrželi stabilní, museli se stanfordští vědci poučit v přírodě. „Inspirovalo nás oko včel a much, které se skládá ze stovek droboučkých segmentovaných očí,“ popisují vědci. „Tvoří nádhernou plástvovitou strukturu, která je navíc vybavená triky pro případné poškození – když se poškodí jeden ze segmentů, všechny ostatní pak normálně fungují dál i bez něj.“ Každý z jednotlivých segmentů je sice zranitelný, současně je však chráněný ze všech stran a zpevňuje všechny okolní buňky vedle sebe.

Inženýři tedy vzali model mušího oka a podle něj vytvořili plástev vyplněnou buňkami perovskitu – každá je přitom chráněná šestiúhelníkovým pletivem o šířce pouhých 500 mikronů. Toto pletivo se povedlo vytvořit z velmi laciné epoxidové pryskyřice, která se již nyní používá ve velkém množství oborů. A především je velice odolná k poškození a téměř se nedá rozlomit. Navíc se při testech prokázalo, že vůbec nesnižuje schopnost perovskitu měnit sluneční světlo na elektřinu.

Hlavní otázkou však bylo, zda jsou tyto plástve schopné snášet náročné podmínky, které přináší reálný svět – vysoké teplo, vlhkost vzduchu nebo náhlé změny teplot. A tak to na Stanfordu otestovali. Na šest týdnů je vystavili teplotě 85 stupňů Celsia a pětaosmdesátiprocentní relativní vzdušné vlhkosti. Ukázalo se, že přes tento extrém byly buňky schopné vyrábět elektřinu, byť s o něco menším výkonem.

Dauskardtův tým si už zažádal o mezinárodní patent na tuto novou technologii – což naznačuje, že má značný komerční potenciál. Vědci nyní studují, jakým způsobem ještě navýšit efektivitu panelů z perovskitu – a podle posledních oznámení se zdá, že jsou na správné stopě.

Zdroj: pubs.rsc.org