Perowskity

Co to są perowskity?

Perowskity to grupa związków chemicznych o specyficznej budowie krystalicznej.

Zaliczamy do nich wszystkie substancje mające taki sam układ przestrzenny atomów jak tytanian wapnia (CaTiO3). O przynależności do grupy perowskitów decyduje więc nie skład chemiczny minerału, ale jego struktura zapewniająca unikatowe właściwości.

Specyficzna budowa umożliwia między innymi wydajne pochłanianie światła. Może ono zachodzić w bardzo cienkich warstwach perowskitu. Minimalizuje to straty energetyczne, jakie towarzyszą pozyskiwaniu energii słonecznej. W rezultacie zastosowanie perowskitów w ogniwach słonecznych zwiększa ich efektywność, a jednocześnie pozwala istotnie zmniejszyć zużycie materiałów.

Skąd się wzięła ich nazwa?

W 1839 roku niemiecki mineralog, Gustav Rose, brał udział w ekspedycji po carskiej Rosji. Badał minerały gór Ałtaju i Uralu oraz okolic Morza Kaspijskiego. Na skalistych zboczach Uralu odkrył nieznany minerał o specyficznej budowie krystalicznej. Postanowił go nazwać perowskitem na cześć Lwa Aleksejewicza Perowskiego, założyciela Rosyjskiego Towarzystwa Geograficznego.

Perowskity obecnie przeżywają swoisty renesans w przemyśle ogniw słonecznych. Ciekawostką w tym kontekście jest to, że w tym samym roku, w którym odkryto perowskit, 19-letni Edmond Becquerel zbudował pierwsze ogniwo słoneczne.

Gdzie występują?

Perowskity w naturze (np. w skałach czy magmie) występują stosunkowo rzadko. Można je znaleźć na przykład w Quebecu, Tyrolu lub na terenie Uralu. W Polsce śladowe ilości perowskitów znajdują się w Niemczy na Dolnym Ślasku.

Minerały te można także wytwarzać w laboratoriach. Produkcja syntetycznych perowskitów jest bardzo tania i łatwa. To sprawia, że ich zasoby są teoretycznie nieograniczone.

Istnieją również tzw. perowskity hybrydowe. Składają się one nie tylko z substancji zapewniających przetwarzanie światła w energię elektryczną, ale i ułatwiających łączenie perowskitu z wieloma rozpuszczalnikami, a dzięki temu nanoszenie na dowolne powierzchnie.

Zalety ogniwa słonecznego na bazie perowskitów

Większość osób kojarzy ogniwa słoneczne z ciężkimi, szklanymi płytami, które są pokryte niebieską lub czarną substancją. Montuje się je przede wszystkim na dachach albo tworzy specjalne elektrownie składające się z tysięcy paneli słonecznych. Wkrótce ma się to zmienić, dzięki zaangażowaniu ponad 60 naukowców i wsparciu finansowemu inwestorów.

Już niedługo na rynku pojawi się nowa generacja ogniw słonecznych. Do ich produkcji zostaną wykorzystane perowskity. Ogniwa słoneczne nowej generacji od swoich poprzedników będą różnić się niemal wszystkim. To tak, jakby porównać pojazd napędzany silnikiem parowym do samochodu na prąd.

Aby dostrzec potencjał nowej technologii, wystarczy porównać kilka cech obecnie stosowanych ogniw słonecznych na bazie krzemu do perowskitowych ogniw słonecznych.

Ogniwa słoneczne stosowane obecnie (na bazie krzemu)

Ogniwa słoneczne nowej generacji (na bazie perowskitów)

Droższa produkcja i użytkowanie.

Tańsza produkcja i użytkowanie.

Materiał pochłaniający światło ma bardzo ciemny kolor lub jest po prostu czarny. Zamontowane ogniwa słoneczne są z daleka widoczne i obniżają walory estetyczne dachu, na którym są zastosowane.

Materiał pochłaniający światło może mieć wybrany kolor. Można mu także nadać różną przezroczystość, co pozwala na zastosowanie ogniw słonecznych nawet na szybie. Odpowiednio przygotowane ogniwa słoneczne są prawie niewidoczne.

Nośnikiem materiału pochłaniającego światło są ciężkie, szklane i kruche panele.

Nośnikiem ultracienkiej warstwy materiału pochłaniającego jest przezroczysta, trwała i elastyczna folia.

Trudno indywidualnie dostosować wielkość ogniw słonecznych do powierzchni, na której mają być zamontowane.

Ogniwom słonecznym można nadać dowolny kształt. W rezultacie można nimi w całości pokryć daną powierzchnię.

Do zastosowania głównie na dachach budynków i w elektrowniach.

Uniwersalne, można je stosować niemal wszędzie – na dachach, ścianach, nawet szybach w oknach czy przedmiotach.

Stanowią dodatkowe obciążenie konstrukcji budynku.

Nie mają wpływu na dodatkowe obciążenie konstrukcji budynku.

Skomplikowana technologia produkcji.

Technologia produkcji jest na tyle prosta, że materiał pochłaniający światło można będzie nadrukować metodą electronic ink-jet, która bardzo przypomina metodę drukowania atramentem.

Technologia produkcji wymaga użycia temperatury sięgającej 1000°C. Materiał pochłaniający światło można nanieść tylko na szkło.

Niskotemperaturowa (30°C) technologia produkcji pozwala na zamontowanie ogniw słonecznych na wielu materiałach, na których nie było to dotychczas możliwe, np. na plastiku, papierze czy tekstyliach.

Ogniwa słoneczne zamontowane na dachu budynku mogą nie zaspokoić potrzeb energetycznych gospodarstwa domowego lub przedsiębiorstwa.

Ogniwa słoneczne zamontowane na całej powierzchni dachu budynku, na elewacji i oknach w pełni wystarczą na zaspokojenie potrzeb energetycznych gospodarstwa domowego lub przedsiębiorstwa. Nadwyżkę prądu będzie można sprzedać na zasadach prosumenckich do sieci energetycznej.

Korzyści z zastosowania nowej technologii

W ostatnim czasie można zaobserwować intensywny rozwój przemysłu energetycznego opartego na odnawialnych źródłach energii. Technologia produkcji ogniw słonecznych, która wykorzystuje perowskity do przekształcania światła w energię elektryczną, zapowiada rewolucję w pozyskiwaniu prądu.

Główne korzyści dla użytkowników nowej technologii

  • minimalizacja lub nawet brak kosztów pozyskania energii elektrycznej,
  • możliwość sprzedania elektrowni nadwyżek wyprodukowanego prądu,
  • utrzymanie walorów estetycznych budynków czy przedmiotów.

Główne korzyści dla ogólnoświatowej gospodarki

  • powstawanie nowych, rewolucyjnych produktów, np. tabletów mających obudowy doładowujące baterię czy namiotów produkujących prąd po rozłożeniu,
  • w dłuższej perspektywie spadek cen energii elektrycznej.

Główne korzyści dla środowiska

  • ograniczenie emisji szkodliwych substancji do środowiska,
  • wykorzystywanie odnawialnego źródła energii – promieni słonecznych,
  • bezpieczna dla środowiska produkcja i wykorzystywanie ogniw słonecznych.

Główne korzyści dla Polski

  • zwiększenie rozpoznawalności Polski na arenie międzynarodowej,
  • kreowanie wizerunku Polski jako kraju stawiającego na innowacje,
  • promocja Polski jako kraju aktywnie wspierającego rozwój przedsiębiorczości w dziedzinie nowych technologii,
  • wyróżnienie się na tle pozostałych regionów europejskich pod względem atrakcyjności warunków dla prowadzenia wspólnych przedsięwzięć przez sektor nauki i gospodarki,
  • budowa nowoczesnego sektora gospodarki, który stworzy miejsca pracy dla absolwentów fizyki, chemii i innych kierunków ścisłych,
  • częściowe uniezależnienie się od energii elektrycznej pozyskiwanej z kopalnych zasobów.