Panele słoneczne, które wydrukujesz jak gazetę. Naukowcy pokonali barierę 20 procent

Przez lata były jak naukowa ciekawostka – lekkie, elastyczne, obiecujące, ale zawsze zbyt słabe, by konkurować z ciężkim krzemem. Teraz organiczna fotowoltaika po raz pierwszy przekroczyła granicę 20 procent sprawności. To wynik, który może wyprowadzić tę technologię z laboratoriów prosto na nasze okna, ubrania i ściany.

Pułapka zamieniona w paliwo

→ Czytaj też: Sonda NASA przeleciała 2800 mil nad Marsem. Zobacz, co nagrała

Kluczem do sukcesu okazało się okiełznanie zjawiska, które do tej pory było przekleństwem organicznych ogniw. Mowa o ekscytonach trypletowych – stanach wzbudzonych, które powstają w materiale pod wpływem światła. W tradycyjnych ogniwach organicznych większość z nich ulegała bezproduktywnemu wygaszaniu, co oznaczało stratę energii. Zespół badawczy, którego wyniki opisuje serwis Chip.pl, znalazł sposób, by odwrócić ten proces. Zamiast tracić energię, naukowcy wykorzystali ekscytony trypletowe do generowania dodatkowego prądu.

To trochę tak, jakby w silniku spalinowym nagle odzyskiwać ciepło z układu wydechowego i zamieniać je na dodatkową moc. W świecie organicznej fotowoltaiki taka zmiana perspektywy – z pułapki w paliwo – była przełomem, na który czekano od lat.

Dlaczego 20 procent to taka ważna liczba?

→ Czytaj też: Orka uczyła młode polować. Nagranie zmienia sposób, w jaki myślimy o zwierzętach?

Sprawność na poziomie 20 procent od dawna uważana jest za psychologiczną barierę dla technologii cienkowarstwowych. Komercyjne panele krzemowe osiągają dziś zwykle od 18 do 22 procent, więc organiczne ogniwa właśnie wkroczyły na ich terytorium. Różnica polega jednak na tym, czego nie widać na pierwszy rzut oka. Organiczne moduły mogą być drukowane na giętkich podłożach, ważą ułamek tego co krzem i – co kluczowe – ich produkcja jest znacznie tańsza i mniej energochłonna.

Wyobraźmy sobie roletę okienną, która w ciągu dnia ładuje telefon, albo kurtkę z wbudowanym źródłem zasilania dla smartwatcha. To nie science fiction, tylko realne zastosowania, które przy sprawności poniżej 15 procent były po prostu nieopłacalne. Teraz rachunek ekonomiczny zaczyna się zmieniać.

Krzem, perowskity i teraz organika

Rynek fotowoltaiki od lat zdominowany jest przez krzem – to on pokrywa dachy domów i gigantyczne farmy słoneczne. Perowskity regularnie biją rekordy laboratoryjne, ale wciąż zmagają się z problemami stabilności i toksyczności ołowiu. Organiczne ogniwa oferują trzecią drogę: są nietoksyczne, wykonane z powszechnie dostępnych pierwiastków (głównie węgla, wodoru, azotu i tlenu) i mogą być nanoszone na niemal dowolną powierzchnię.

Największą przeszkodą zawsze była właśnie niska sprawność. Przekroczenie 20 procent to sygnał dla przemysłu, że warto inwestować w linie produkcyjne zdolne do drukowania paneli metodą roll-to-roll, podobną do druku gazet. Jak podaje Chip.pl, nowa metoda zarządzania ekscytonami trypletowymi może być kluczem do dalszego wzrostu wydajności.

Co to oznacza dla zwykłego człowieka?

Na razie nie zobaczymy organicznych paneli w Castoramie. Technologia musi przejść drogę od laboratorium do masowej produkcji, a to zwykle zajmuje kilka lat. Kierunek jest jednak wyznaczony. Jeśli organiczne ogniwa utrzymają tempo rozwoju, możemy spodziewać się budynków, które same produkują prąd nie tylko dachem, ale całą powierzchnią elewacji. Miasta mogłyby generować energię szybami biurowców, a rolnicy – foliami tuneli uprawnych.

Próg 20 procent to nie tylko cyfra w tabeli rekordów. To moment, w którym naukowa ciekawostka staje się kandydatem do realnej zmiany naszego krajobrazu energetycznego. I to zmiany, która nie wymaga ciężkich konstrukcji, tylko cienkiej warstwy materiału – być może nakładanej jak farba.