Najveće promjene često počinju pokušajem rješavanja jednog, upornog problema. Tako je bilo i prije trinaest godina, kada je tim znanstvenika sa Sveučilišta Northwestern pod vodstvom Mercourija Kanatzidisa tražio način za povećanje trajnosti solarnih ćelija. Njihove aktivnosti, prvotno usmjerene na zamjenu jedne problematične komponente, pokazale su se s mnogo širim posljedicama nego što je itko tada mogao zamisliti.
Danas perovksitni materijali nisu samo srce nove generacije fotonaponskih panela, već pokreću i naprednu elektroniku koja mijenja način na koji koristimo tehnologiju.
Jednostavna zamjena koja je otvorila nove mogućnosti
Početkom drugog desetljeća 21. stoljeća pozornost znanstvenog svijeta privlačile su solarne ćelije osjetljive na boju. Činile su se kao jeftinija i univerzalnija alternativa dominantnim silicijskim panelima. Međutim, njihov glavni nedostatak bila je nestabilnost – organski tekući elektroliti imali su tendenciju curenja, isparavanja i izazivanja korozije, što je drastično skraćivalo vijek trajanja uređaja.
Kanatzidisov tim došao je na ideju koja se s odmakom vremena čini genijalno jednostavnom. Umjesto borbe s hirovitom tekućinom, odlučili su je potpuno eliminirati. Na njezino mjesto uveli su čvrsti poluvodič na bazi perovskita, točnije spoja CsSnI3. Ovaj materijal, koji se mogao nanositi iz otopine, pokazao se kao dvostruki igrač: mogao je apsorbirati svjetlost i istovremeno voditi električni naboj.
Nakon spajanja perovskita dopiranog kositrenim fluoridom s nanoporoznim titanijevim dioksidom, stvorena je prva potpuno funkcionalna, čvrsta solarna ćelija koja koristi ovaj materijal. Njezina učinkovitost pretvorbe energije dosegla je 10,2%, što je u to vrijeme bio više nego obećavajući rezultat.
Perovskiti protiv tradicionalnog silicija
Od tog pionirskog eksperimenta prošlo je više od desetljeća i tehnologija je snažno napredovala. Današnje perovksitne ćelije postižu učinkovitost usporedivu sa zrelim silicijskim panelima. Ono što je najzanimljivije, pravi proboj leži u kombiniranju različitih materijala. Tandemske ćelije, odnosno višeslojne strukture, u laboratorijskim uvjetima već premašuju barijeru od 30% učinkovitosti.
Ključ učinkovitosti perovskita CsSnI3 pokazao se u njegovom energetskom procjepu od 1,3 elektronvolta. Zahvaljujući ovom svojstvu, materijal znatno bolje upija svjetlost iz crvenog dijela spektra nego ranije ćelije. To se izravno prevodi u mogućnost generiranja veće količine energije u stvarnim uvjetima osvjetljenja.
Svestranost koja nadilazi solarne panele
Metoda stvaranja tankih slojeva perovskita iz otopine, predstavljena 2012. godine, i danas čini osnovu za velik dio istraživanja u ovom polju. Iako se medijska buka oko perovskita uglavnom koncentrira na fotonapon, njihova prava snaga leži u univerzalnosti. Jedinstvena optička i električna svojstva ovih materijala pronašla su primjenu u mnogim, ponekad iznenađujućim područjima:
- LED zasloni: Omogućuju stvaranje nove generacije zaslona s intenzivnijim bojama i nižom potrošnjom energije.
- Medicina: Detektori rendgenskog i gama zračenja bazirani na perovskitima nude liječnicima bolju osjetljivost snimanja.
- Laserska tehnologija: Koriste se za izradu lasera s precizno podešenom emisijom svjetlosti.
Ova svestranost sugerira da bi perovksitni materijali mogli postati jedan od temelja elektronike budućnosti, ne samo one povezane s obnovljivim izvorima energije. Ono što je započelo kao pokušaj zaustavljanja korozije na solarnim pločama, preraslo je u tehnološku revoluciju koja tek uzima zamah.
