Využitie energie zo slnka, ktoré vyžaruje mimoriadne silnú energiu zo stredu solárneho systému, je jedným z kľúčových cieľov na dosiahnutie udržateľného zásobovania energiou.

Svetelná energia sa môže konvertovať priamo na elektrickú energiu pomocou elektrických zariadení nazývaných solárne články. K dnešnému dňu je väčšina solárnych článkov vyrobená z kremíka, čo je materiál, ktorý veľmi dobre absorbuje svetlo. Ale kremíkové panely sú drahé na výrobu.

Vedci pracovali na alternatíve vyrobenej z perovskitových štruktúr. Pravý perovskit, minerál nachádzajúci sa na zemi, pozostáva z vápnika, titánu a kyslíka v špecifickom molekulárnom usporiadaní. Materiály s tou istou kryštálovou štruktúrou sa nazývajú perovskitové štruktúry.

Perovskitové štruktúry fungujú dobre ako aktívna vrstva solárnych článkov, pretože absorbujú efektívne svetlo, ale sú oveľa lacnejšie ako kremík. Môžu byť tiež integrované do zariadení s pomerne jednoduchým vybavením. Napríklad sa môžu rozpustiť v rozpúšťadle a nastriekať priamo na substrát.

Materiály vyrobené z perovskitových štruktúr by mohli potenciálne revolúciu zariadenia solárnych článkov, ale majú vážne nevýhody: sú často veľmi nestabilné, zhoršujúce sa vystavením teplu. To bráni ich obchodnému potenciálu.

Oddelenie energetických materiálov a povrchových vied na Fakulte univerzitného vedy a technológie v Okinawe (OIST), vedené prof. Yabingom Qi, vyvinulo zariadenia využívajúce nový perovskitový materiál, ktorý je stabilný, efektívny a relatívne lacný na výrobu, ktorý dláždi cestu na ich použitie v solárnych článkoch zajtrajška. Ich práca bola nedávno publikovaná v časopisoch Advanced Energy Materials. Postgraduálni vedci Dr. Jia Liang a Dr. Zonghao Liu významne prispeli k tejto práci.

Tento materiál má niekoľko kľúčových funkcií. Po prvé, je úplne anorganický - dôležitý posun, pretože organické zložky zvyčajne nie sú termostabilné a degradujú pod teplo. Keďže solárne články sa môžu na slnku veľmi horúce, stabilita tepla je rozhodujúca. Nahradením organických častí anorganickými materiálmi výskumníci urobili perovskitové solárne články oveľa stabilnejšie.

"Solárne články sú takmer nezmenené po vystavení svetlu po dobu 300 hodín," hovorí autor z papiera Dr. Zonghao Liu.

Všetky anorganické perovskitové solárne články majú tendenciu mať nižšiu absorpciu svetla ako organické anorganické hybridy. Toto je miesto, kde prichádza druhá vlastnosť: výskumní pracovníci OIST dopĺňali svoje nové bunky mangánom, aby zlepšili ich výkonnosť. Mangán mení kryštálovú štruktúru materiálu a zvyšuje jeho kapacitu na zber svetla.

"Rovnako ako pri pridávaní soli do misky na zmenu chuti, keď pridáme mangán, mení vlastnosti solárnych článkov," hovorí Liu.

Po tretie, v týchto solárnych článkoch sú elektródy, ktoré prenášajú prúd medzi solárnymi článkami a vonkajšími drôtmi, vyrobené z uhlíka, a nie zvyčajného zlata. Takéto elektródy sú podstatne lacnejšie a ľahšie sa vyrábajú, čiastočne preto, že môžu byť tlačené priamo na solárne články. Výroba zlatých elektród na druhej strane vyžaduje vysoké teploty a špecializované zariadenia, ako je napríklad vákuová komora.

Existuje ešte niekoľko výziev na prekonanie pred tým, ako sa perovskitové solárne články stanú komerčne životaschopnými ako kremíkové slnečné články. Napríklad, zatiaľ čo perovskitové solárne články môžu trvať jeden alebo dva roky, kremíkové slnečné články môžu pracovať 20 rokov.

Qi a jeho kolegovia naďalej pracujú na efektívnosti a trvanlivosti týchto nových buniek a tiež rozvíjajú proces ich výroby v komerčnom meradle. Vzhľadom na to, ako rýchlo sa technológia vyvinula od prvej perovskitovej solárnej bunky v roku 2009, budúcnosť týchto nových článkov vyzerá jasne.