Φωτοβολταϊκό περοβσκίτη επιτυγχάνει 14,2% απόδοση - Πως τα ... πράσα κάνουν τη διαφορά

Ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο Aalto στη Φινλανδία ανέπτυξε ένα φωτοβολταϊκό κύτταρο περοβσκίτη  που βασίζεται σε ένα "στρώμα διαχείρισης φωτός" φτιαγμένο από πολυμερές υλικό, εμπνευσμένο από την επιφάνεια των φύλλων πράσου, το οποίο μπορεί να βελτιώσει την απόδοση της συσκευής κατά έως και 6%.

Οι επιστήμονες εξήγησαν ότι το βιο-εμπνευσμένο αυτό στρώμα έχει αυτοκαθαριζόμενες ιδιότητες. "Η αυτοκαθαριζόμενη μεμβράνη μπορεί να διατηρεί την απόδοση των πάνελ με το πέρασμα του χρόνου, ξεπλένοντας τη βρωμιά και τη σκόνη που μπορούν να εμποδίσουν το φως," δήλωσε ο ερευνητής του Πανεπιστημίου Aalto, Hamidreza Daghigh Shirazi. "Σε ό,τι αφορά τις οπτικές ιδιότητες, οι αναπαραγόμενες μεμβράνες δείχνουν υψηλή συνολική διάχυση φωτός, και επιπλέον, η δομή της μεμβράνης συμβάλλει στη διασπορά του φωτός προς τα εμπρός, η οποία είναι επίσης γνωστό ότι βελτιώνει την απόδοση ορισμένων τεχνολογιών ηλιακής ενέργειας", πρόσθεσε.

Για τη δημιουργία της μεμβράνης, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια μέθοδο κατασκευής υποστρώματος που αναπαράγει τις επιφάνειες οποιουδήποτε φύλλου ή μοτίβων  (CA). Αρχικά εξερεύνησαν διάφορα φυτά και αναπαρήγαγαν τις επιφανειακές τους δομές σε κυτταρινικές μεμβράνες. "Παρόλο που το εξωτικό φύλλο λωτού συχνά αποτελεί πηγή βιοέμπνευσης για αυτοκαθαριζόμενες επιφάνειες, πολλά κοινά φυτά του κήπου, όπως το πράσο, διαθέτουν επιθυμητές επιφανειακές ιδιότητες," σημείωσαν. "Τα πράσα έχουν αυτοκαθαριζόμενα φύλλα λόγω της μικροδομής της επιφάνειάς τους και του φυσικού στρώματος κεριού. Αυτός ο συνδυασμός επιτρέπει στα σταγονίδια νερού να κυλούν εύκολα, καθαρίζοντας τη σκόνη και τη βρωμιά στη διαδικασία."

Η ομάδα χρησιμοποίησε φύλλα πράσου με διαστάσεις 5 cm × 5 cm ως καλούπι. Για να επιτευχθεί το επιθυμητό επίπεδο υδροφοβικότητας, το οποίο είναι απαραίτητο για αποτελεσματικό αυτοκαθαρισμό, οι επιστήμονες πρόσθεσαν ένα βιολογικό κερί καρναούμπα (CW), το οποίο είναι το σκληρότερο φυσικό κερί με το υψηλότερο σημείο τήξης από τα εμπορικά φυτικά κεριά. Τα αντίγραφα των φύλλων πράσου κολλήθηκαν στη συνέχεια πάνω από το γυάλινο υπόστρωμα της κυψέλης. Αμέσως μετά το στέγνωμα, μετρήθηκαν τα χαρακτηριστικά I–V. Τα μέσα και οι τυπικές αποκλίσεις αναφέρθηκαν από επτά συσκευές για κάθε δείγμα.

Οι ακαδημαϊκοί κατασκεύασαν το φωτοβολταϊκό κύτταρο με ένα υπόστρωμα από γυαλί και οξείδιο κασσίτερου ντοπαρισμένο με φθόριο (FTO) επικαλυμμένο με τη νέα μεμβράνη, ένα στρώμα μεταφοράς ηλεκτρονίων (ETL) από διοξείδιο του τιτανίου (TiO2), έναν απορροφητή περοβσκίτη, ένα στρώμα μεταφοράς οπών (HTL) βασισμένο στο Spiro-OMeTAD, και έναν μεταλλικό επαφή χρυσού (Au).

Η κυψέλη δοκιμάστηκε υπό τυπικές συνθήκες φωτισμού και η απόδοσή της συγκρίθηκε με εκείνη μιας συσκευής αναφοράς χωρίς την αντίγραφο μεμβράνη. Η επικαλυμμένη κυψέλη πέτυχε αποδοτικότητα μετατροπής ισχύος 14,2%, τάση ανοιχτού κυκλώματος 1,07 V, πυκνότητα ρεύματος βραχυκυκλώματος 18,7 mA cm−2 και συντελεστή πλήρωσης 71,0%. Η συσκευή αναφοράς πέτυχε αποδοτικότητα 13,4%, τάση ανοιχτού κυκλώματος 1,05 V, πυκνότητα ρεύματος βραχυκυκλώματος 18,3 mA cm−2 και συντελεστή πλήρωσης 69,2%.