Zespół naukowców z Warszawy, pod kierownictwem prof. Janusza Kowalskiego, opracował przełomową metodę produkcji ogniw słonecznych opartych na perowskitach, która może zrewolucjonizować globalny rynek fotowoltaiki. Wyniki ich badań zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie naukowym "Nature Energy" i już teraz wzbudzają ogromne zainteresowanie w środowisku naukowym oraz biznesowym.

Czym są perowskity i dlaczego są tak obiecujące?

Perowskity to klasa materiałów o unikalnej strukturze krystalicznej, które wykazują wyjątkowe właściwości w konwersji światła na energię elektryczną. W przeciwieństwie do tradycyjnych ogniw krzemowych, perowskity można produkować w niskich temperaturach, przy użyciu prostszych i tańszych metod, takich jak druk czy natryskiwanie.

Kluczowymi zaletami perowskitów są:

• Niska cena produkcji - nawet 5-krotnie niższa niż w przypadku ogniw krzemowych
• Wysoka efektywność konwersji energii - obecnie na poziomie do 25,7% (porównywalnie z najlepszymi ogniwami krzemowymi)
• Lekkość i elastyczność - możliwość zastosowania na zakrzywionych powierzchniach i w niestandardowych aplikacjach
• Półprzezroczystość - co otwiera nowe możliwości zastosowań np. w przeszklonych fasadach budynków

Głównym wyzwaniem związanym z perowskitami była dotychczas ich niestabilność i krótki czas pracy. Tradycyjne ogniwa perowskitowe degradowały się w kontakcie z wilgocią i tlenem, a także pod wpływem wysokich temperatur, co ograniczało ich komercyjne zastosowanie.

Polski przełom - co udało się osiągnąć warszawskim naukowcom?

Zespół prof. Kowalskiego opracował innowacyjną metodę enkapsulacji perowskitów, która znacząco poprawia ich stabilność w zmiennych warunkach atmosferycznych. Kluczowym elementem odkrycia jest zastosowanie specjalnie zaprojektowanej warstwy ochronnej, składającej się z hydrofilowych polimerów i nanomateriałów węglowych.

Nowa technologia pozwala na:

• Przedłużenie żywotności ogniw perowskitowych z kilku miesięcy do ponad 25 lat
• Zwiększenie odporności na wahania temperatury w zakresie od -40°C do +85°C
• Utrzymanie pełnej funkcjonalności nawet przy wysokiej wilgotności powietrza
• Zachowanie wysokiej wydajności konwersji energii na poziomie 24,5%

"To, co udało nam się osiągnąć, to nie tylko poprawa stabilności perowskitów, ale także opracowanie metody, która może być łatwo wdrożona w istniejących liniach produkcyjnych. Nie potrzebujemy budować nowych fabryk od podstaw - możemy zmodyfikować obecnie działające zakłady, co znacząco przyspiesza możliwość komercjalizacji" - wyjaśnia prof. Janusz Kowalski.

Znaczenie dla polskiej gospodarki i globalnej transformacji energetycznej

Odkrycie warszawskich naukowców ma potencjał, by stać się jednym z najważniejszych polskich wkładów w globalną transformację energetyczną. Zespół badawczy już założył spółkę typu spin-off o nazwie PerovTech, która będzie komercjalizować technologię we współpracy z jednym z największych producentów paneli fotowoltaicznych w Europie.

Ministerstwo Klimatu i Środowiska Polski ogłosiło, że technologia może stać się jednym z filarów Krajowego Planu Odbudowy w obszarze zielonej transformacji. W ramach wsparcia rządowego, spółka PerovTech otrzyma finansowanie w wysokości 50 mln złotych na budowę pilotażowej linii produkcyjnej w Specjalnej Strefie Ekonomicznej w Łodzi.

Według wstępnych szacunków, masowa produkcja ogniw perowskitowych w polskiej technologii mogłaby się rozpocząć już w 2025 roku, co dałoby Polsce znaczącą przewagę konkurencyjną na globalnym rynku fotowoltaiki, którego wartość szacuje się na ponad 100 miliardów dolarów rocznie.

Jakich zastosowań możemy oczekiwać?

Dzięki swoim unikalnym właściwościom, ogniwa perowskitowe mogą znaleźć zastosowanie w obszarach, gdzie tradycyjna fotowoltaika nie sprawdza się najlepiej:

• Integracja z fasadami budynków (BIPV - Building-Integrated Photovoltaics)
• Elastyczne moduły do zastosowań w urządzeniach elektronicznych
• Lekkie panele dla pojazdów elektrycznych, zwiększające ich zasięg
• Zasilanie urządzeń Internetu Rzeczy (IoT) w ramach inteligentnych miast
• Specjalistyczne zastosowania wojskowe i kosmiczne

Prof. Maria Wiśniewska z Politechniki Warszawskiej, która nie była bezpośrednio zaangażowana w projekt, komentuje: "To odkrycie pokazuje, że Polska ma potencjał, by stać się liderem w obszarze technologii energetycznych. Perowskity są często nazywane 'świętym Graalem' fotowoltaiki, a polscy naukowcy są w światowej czołówce badań nad nimi od lat."

Wyzwania na drodze do komercjalizacji

Mimo przełomowego charakteru odkrycia, droga do masowej komercjalizacji ogniw perowskitowych nie jest pozbawiona wyzwań. Kluczowe kwestie, które muszą zostać rozwiązane, to:

• Opracowanie metod produkcji na skalę przemysłową z zachowaniem wysokiej jakości i wydajności
• Dostosowanie technologii do rygorystycznych norm i regulacji dotyczących produktów fotowoltaicznych
• Rozwinięcie efektywnych metod recyklingu zużytych ogniw
• Konkurencja ze strony tanich producentów paneli krzemowych, głównie z Chin

Dr Aleksandra Kowalczyk, współautorka badania i dyrektor ds. technologii w PerovTech, zapewnia jednak, że zespół intensywnie pracuje nad rozwiązaniem tych wyzwań: "Nasze laboratoria już współpracują z inżynierami produkcji, aby opracować optymalny proces produkcyjny. Równolegle prowadzimy badania nad metodami recyklingu, które pozwolą na odzyskiwanie cennych materiałów z ogniw po zakończeniu ich cyklu życia."

Co to oznacza dla przeciętnego konsumenta?

Dla przeciętnego konsumenta w Polsce i na świecie, rozwój technologii perowskitowych może przynieść szereg korzyści:

• Niższe ceny instalacji fotowoltaicznych - nawet o 30-40% w porównaniu do obecnych rozwiązań
• Większa dostępność fotowoltaiki dla gospodarstw domowych o różnych budżetach
• Nowe możliwości estetycznej integracji paneli słonecznych z architekturą budynków
• Rozwój mikrogeneracji energii w urządzeniach codziennego użytku

Analitycy rynku energetycznego prognozują, że szeroka dostępność tanich i wydajnych ogniw perowskitowych może przyspieszyć transformację energetyczną w Polsce i Europie, przyczyniając się do realizacji ambitnych celów klimatycznych Unii Europejskiej.

Podsumowanie

Przełomowe odkrycie warszawskich naukowców w dziedzinie technologii perowskitowych stanowi jeden z najważniejszych polskich wkładów w globalny rozwój odnawialnych źródeł energii. Dzięki zwiększonej stabilności i wydajności, ogniwa perowskitowe mają szansę zrewolucjonizować rynek fotowoltaiki, czyniąc energię słoneczną bardziej dostępną i wszechstronną.

Sukces polskich badaczy dowodzi, że nasz kraj ma potencjał, by stać się nie tylko odbiorcą, ale również twórcą przełomowych technologii w obszarze zielonej energii. W najbliższych latach będziemy z pewnością świadkami dynamicznego rozwoju tej innowacyjnej technologii i jej wdrażania zarówno w Polsce, jak i na świecie.