Μια νέα μέθοδος για την εφαρμογή διαφανών ηλεκτροδίων οξειδίου ινδίου-τσινίου σε ηλιακούς πίνακες περοβσκίτη προτάθηκε από επιστήμονες του Πανεπιστημίου MISIS στο πλαίσιο ερευνητικής ομάδας. Σύμφωνα με τους συγγραφείς, η εξέλιξη αυτή θα αυξήσει την απόδοση των ηλιακών κυψελών και θα τις καταστήσει ημιδιαφανείς. Η μελέτη δημοσιεύεται στο περιοδικό Solar Energy Materials and Solar Cells.
Οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας MISIS έθεσαν ως στόχο τη δημιουργία ενός νέου τύπου ηλιακών συλλεκτών που όχι μόνο θα παράγουν ηλεκτρική ενέργεια, αλλά και θα μεταδίδουν φως. Για να γίνει αυτό, οι ηλιακές κυψέλες πρέπει να κατασκευαστούν από έναν από τους τύπους του τεχνητού κρυσταλλικού υλικού περοβσκίτη και η λειτουργία τους απαιτεί ειδικά διαφανή ηλεκτρόδια που πρέπει να αγωγιμοποιούν καλά τον ηλεκτρισμό.
Σήμερα, για τέτοιους σκοπούς χρησιμοποιείται στη βιομηχανία το οξείδιο του κασσίτερου του ινδίου, το οποίο εφαρμόζεται στα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη με σπατουλάρισμα μαγνητρονίου. Ωστόσο, σύμφωνα με το πανεπιστήμιο, η μέθοδος αυτή δεν είναι κατάλληλη για τη δημιουργία μπαταριών υψηλής απόδοσης. Το οξείδιο του κασσίτερου ινδίου που εναποτίθεται με αυτόν τον τρόπο έχει πολλές ατέλειες και δεν έχει τις επιθυμητές ιδιότητες. Επιπλέον, κατά τη διάρκεια της εναπόθεσης μαγνητρονίων, ο περοβσκίτης και άλλα στρώματα της μπαταρίας καταστρέφονται. Εξαιτίας αυτών των προβλημάτων, η απόδοση των ηλιακών συλλεκτών είναι χαμηλή.
Οι επιστήμονες του MISIS ανέπτυξαν μια μέθοδο για την εφαρμογή του οξειδίου του κασσίτερου ινδίου με τη μέθοδο ψεκασμού με δέσμη ιόντων. Σύμφωνα με τους ίδιους, επιτρέπει την απόκτηση οξειδίου του κασσίτερου ινδίου με τις επιθυμητές ιδιότητες χωρίς τη χρήση υψηλών θερμοκρασιών και χωρίς να καταστραφούν άλλα στρώματα της μπαταρίας.
Οι ερευνητές παρήγαγαν ημιδιαφανείς ηλιακές κυψέλες και έδειξαν ότι η χρήση της εναπόθεσης με δέσμη ιόντων είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση της απόδοσης από 3,12 % (δείγμα με οξείδιο του κασσίτερου ινδίου)) σε 12,65 % για το δείγμα που προέκυψε με εναπόθεση δέσμης ιόντων.
Ο Λιοβ Λουτσνικόφ, μηχανικός στο Εργαστηριακό Τμήμα Προηγμένης Ηλιακής Ενέργειας του MISIS δήλωσε πως:
Η ανάπτυξή μας θα συμβάλει στη δημιουργία δύο τύπων ηλιακών κυψελών: tandem και ημι-διαφανών, οι οποίες μπορούν να ενσωματωθούν στα παράθυρα των σπιτιών.
Σύμφωνα με τον ίδιο, οι ηλιακές κυψέλες tandem είναι μια πολυστρωματική φωτοβολταϊκή δομή στην οποία δύο ή περισσότερα φωτοενεργά υλικά συνδέονται σε σειρά για την καλύτερη αξιοποίηση του ηλιακού φωτός αυξάνοντας το φασματικό εύρος απορρόφησης της ακτινοβολίας.
Οι ηλιακές κυψέλες με διαφανή στοιχεία, εκτός από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, είναι σε θέση να μεταδίδουν ορατό φως. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτή η ιδιότητα θα επιτρέψει στους αρχιτέκτονες και τους σχεδιαστές να ενσωματώσουν ηλιακές κυψέλες σε παράθυρα, προσόψεις και άλλα δομικά στοιχεία κτιρίων με ποικίλους τρόπους.
Το πλεονέκτημα της νέας μεθόδου, σύμφωνα με τους δημιουργούς, είναι το χαμηλότερο κόστος της, ενώ άλλες μέθοδοι εφαρμογής ITO σε ηλιακές κυψέλες καθιστούν τις μπαταρίες πιο ακριβές και απαιτούν περισσότερα υλικά και χρόνο για την κατασκευή τους.
Στην εργασία συμμετείχαν επιστήμονες από το MISIS, το Ινστιτούτο Φυσικής Χημείας και Ηλεκτροχημείας A. N. Frumkin της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών, το Skoltech, το Κέντρο της Ρώμης για την υβριδική και οργανική ηλιακή ενέργεια και το Πανεπιστήμιο του Τορίνο.
Η μελέτη διεξήχθη με την οικονομική υποστήριξη του Υπουργείου Επιστημών και Ανώτατης Εκπαίδευσης της Ρωσικής Ομοσπονδίας στο πλαίσιο του προγράμματος “Προτεραιότητα 2030”.
Στο εγγύς μέλλον, οι επιστήμονες θα συνεχίσουν να αναπτύσσουν ηλιακές κυψέλες tandem με βάση τον περοβσκίτη και το πυρίτιο.
