Fotogalvaanika valdkonna teadusuuringud aitavad järjest enam kaasa tõhusamate, kättesaadavamate ja pikaealisemate tehnoloogiate arendamisele. Üheks suurimaks lootuseks selles suunas peetakse perovskiiti.
Tegemist on pooljuhiga, mille eriline kristallstruktuur muudab selle eriti sobivaks päikesepatareide tehnoloogias. Koos räni kasutamisega võib see viia väga kõrge kasuteguriga fotoelektriliste paneelide turuletoomiseni.
Rahvusvahelise Energiaagentuuri andmetel kasvas päikeseenergia tootmisvõimsus maailmas 2023. aastal üle 40 protsendi ning päikesepaneelid moodustasid enam kui kaks kolmandikku kogu uuest taastuvenergia võimsusest.
Samal ajal on teadlaste hinnangul räni-põhiste paneelide teoreetiline efektiivsuse lagi peaaegu käes, mistõttu otsitakse aktiivselt uusi materjale, mis võimaldaksid sellest piirist edasi liikuda. Just siin nähakse perovskiitidel võtmerolli.
Kaunase Tehnoloogiaülikoolis (KTU) Leedus läbi viidud uuringud on andnud viimastel aastatel märkimisväärseid tulemusi perovskiit-elementide efektiivsuse suurendamisel. Tänu uuele päikesepatareide passiivimisprotsessile saavutas uurimisrühm 21-protsendilise efektiivsuse. Testid kinnitasid elemendi stabiilset tööd 950 tunni jooksul temperatuuril 85 °C pideva valgustuse tingimustes.
Tänapäeval läheneb perovskiit-tehnoloogia töökindluse ja pikaealisuse poolest üha enam räni-tehnoloogiale. See tähendab, et sellel põhinevad elemendid võivad lähiaastatel jõuda masstootmisse.
„Perovskiit-elementide kasutamine on üks kiiremini kasvavaid suundi päikeseenergia valdkonnas kogu maailmas,” ütleb KTU keemiateaduskonna teadur Kasparas Rakštis.
„Need võivad olla kerged, paindlikud ja valmistatud suhteliselt odavatest materjalidest.”
Perovskiitide arendamist on seni piiranud nende peamine probleem – kiire degradatsioon. Materjali omadused halvenevad niiskuse, temperatuuri ja muude keskkonnategurite mõjul, mis vähendab efektiivsust ja kasutusiga. Kommertskasutuse seisukohalt on seetõttu ülioluline tagada pikaajaline stabiilsus. Üks olulisemaid meetodeid defektide vähendamiseks ja pinna kaitsmiseks on passiivimine, mis muudab perovskiidi pinna vastupidavamaks välismõjudele.
Kui hübriidperovskiitide puhul on see meetod juba häid tulemusi andnud, siis täielikult anorgaaniliste perovskiitide puhul on see olnud keerulisem. KTU teadlased näitasid aga, et perfluoritud ammooniumkationite abil loodud kahemõõtmeline kaitsekiht sobitub hästi kolmemõõtmelise perovskiidi pinnaga ning loob stabiilse struktuuri ka kõrgematel temperatuuridel.
KTU eksperdi sõnul on see üks parimaid tulemusi, mida on täielikult anorgaanilistel perovskiitidel põhinevate seadmete puhul seni registreeritud. Standardiseeritud stabiilsustestides saavutatud tulemused on juba võrreldavad kommertsiaalsete ränielementide nõuetega. See annab alust arvata, et järgmise põlvkonna päikesepaneelid võivad lähiaastatel reaalselt turule jõuda.
Teadlaste hinnangul võib perovskiitide ja räni kombinatsioon ehk tandemtehnoloogia võimaldada tulevikus üle 30-protsendilist kasutegurit, samas kui tavapärased räni-paneelid jäävad enamasti vahemikku 20–23 protsenti. See muudaks päikeseenergia tootmise oluliselt efektiivsemaks ja vähendaks ühe kilovatt-tunni tootmiskulu veelgi.
