Výkon perovskitových solárnych článkov sa zlepšil vďaka rubídiu a špeciálnej kvapaline

Vedci objavili spôsob, ako výrazne zlepšiť výkon aj životnosť perovskitových solárnych článkov. K ich výskumu im poslúžil mimoriadne malý prvok rubídium a lepiaca kvapalina. Prvé perovskitové solárne články v roku 2009 mali účinnosť len okolo troch percent. Dnes dosahujú takmer 26 percent, čo predstavuje jeden z najrýchlejších technologických skokov v histórii energetiky. Budúcnosť patrí tandemovým článkom, teda kombinácii klasického kremíka s minerálom perovskitom (titaničitanom vápenatým, CaTiO3), ktoré vykazujú vyššiu účinnosť premeny energie zo slnečného žiarenia. Zdroj: iStock/audioundwerbung Perovskitové články sú považované za budúcnosť solárnej energie, pretože veľmi efektívne dokážu premieňať slnečné svetlo na elektrinu. Ich slabinou však zatiaľ bola nižšia stabilita. Práve tu vstupuje do hry rubídium (Rb⁺), drobný ión, ktorý sa správa ako mikroskopický lepidlový mostík medzi kryštálmi materiálu. Správanie kryštálov mení aj nová revolučná iónová kvapalina. Perovskitový film sa skladá z množstva drobných kryštálov, takzvaných zŕn. Medzi nimi vznikajú hranice, ktoré bránia voľnému pohybu elektrónov a znižujú výkon článku. Výskumníci našli spôsob, ako dopraviť rubídium presne do týchto hraníc pomocou špeciálnej molekuly, takzvaného korunového éteru (crown ether). Tam rubídium vytvorí jemné jednorozmerné štruktúry, ktoré jednotlivé kryštály premostia a umožnia elektrickému náboju pohybovať sa plynulejšie. Výsledok? Elektróny prechádzajú materiálom ľahšie, menej sa strácajú a článok pracuje efektívnejšie. Takto zlepšené solárne články dosiahli certifikovanú účinnosť 25,77 percenta, čo patrí medzi najlepšie výsledky na svete. Ešte pôsobivejšie je však to, že po 1 300 hodinách nepretržitého osvetlenia si články zachovali viac než 99 percent pôvodného výkonu. V inom výskume sa zas tímu podarilo dostať rubídium priamo do kryštálovej štruktúry perovskitu pomocou jemného napätia v materiáli. Tento trik výrazne obmedzil nežiaduce chemické rozdeľovanie halogénov, ktoré je hlavnou príčinou starnutia článkov. Výsledné články dosiahli účinnosť 20,65 percenta pri veľmi vysokom napätí – blízkom teoretickému maximu, čo znamená mimoriadne nízke energetické straty. Prístup založený na mriežkovom napätí k zabudovaniu Rb⁺ iónov do širokopásmového perovskitového filmu. Zdroj: Zheng et al. 2025. Výskumníci z EPFL spolu s tímami z Číny, zo Singapuru a z Talianska sú presvedčení, že rubídium môže byť kľúčom k ďalšej generácii solárnych článkov. Lacnejších, výkonnejších a dlhodobo stabilných. Ako hovorí vedúci projektu chemik Michael Grätzel: „Rubídium nám umožňuje využiť skryté silné stránky perovskitu naplno.“ Perovskity by sa mohli použiť aj na LED diódy, senzory či iné optoelektronické aplikácie. Ak sa tieto technológie podarí preniesť z laboratórií do výroby, solárna energia môže urobiť ďalší veľký krok k tomu, aby sa stala hlavným zdrojom elektriny na planéte. Americkí vedci z univerzít Purdue a Emory urobili ďalší krok vpred vďaka high-tech chemickému lepidlu s názvom MEM-MIM-Cl. Ide o špeciálnu iónovú kvapalinu – metoxyetoxymetyl-1-metylimidazólium chlorid –, ktorá má bočný reťazec na báze etylénglykolu. Ten pomáha regulovať rast perovskitových kryštálov a zároveň stabilizuje skryté vrstvy v solárnom článku prostredníctvom jemných chemických interakcií. Kvapalina teda funguje ako molekulárna ochrana krehkých perovskitových kryštálov. Viaže sa na kladne nabité ióny olova, vypĺňa drobné diery v kryštálovej mriežke a chráni kritické rozhrania medzi vrstvami článku, ktoré sú často zdrojom porúch. Keď sa MEM-MIM-Cl pridá do perovskitovej zmesi, spomalí a skvalitní rast kryštálov. Výsledkom sú väčšie, kompaktnejšie kryštály s menším počtom vnútorných chýb. Zároveň sa kvapalina prirodzene presúva k spodnej vrstve článku, kde vytvára ochrannú bariéru proti vzniku defektov na rozhraní medzi jednotlivými vrstvami. Výsledky sú pôsobivé: solárne články s MEM-MIM-Cl dosahujú účinnosť 25,9 percenta a dokážu si zachovať 90 percent pôvodného výkonu aj po 1 500 hodinách nepretržitého osvetlenia pri teplote 90 stupňov Celzia. Dôležité je aj to, že táto technológia je kompatibilná s priemyselnou výrobou – napríklad s technikou nanášania čepeľou (blade coating), ktorá umožňuje rýchlo a lacno vyrábať veľké solárne panely. Americký tím aj ďalej zdokonaľuje svoje molekulárne návrhy a využíva pokročilé zobrazovacie techniky, aby lepšie pochopil, ako iónové kvapaliny interagujú s perovskitom na atómovej úrovni. Zdroj: Interesting Engineering, Nature (1, 2), Science digitálne technológieenergetikaenergiaobnoviteľné zdroje energiesatelitSlnkosvetlotechnológia 17. októbra 2025 | René Beláček 30. apríla 2025 | Zuzana Šulák Hergovitsová 24. októbra 2023 | VEDA NA DOSAH