Istraživačka grupa iz Centra za fizičke nauke i tehnologiju (FTMC, Litvanija), zajedno sa partnerima sa Tehnološkog univerziteta u Talinu (Estonija) krenula je da sintetiše novi materijal koji bi potencijalno mogao da dopuni tehnologije silicijumskih solarnih ćelija i poveća ukupnu efikasnost solarnih modula.
Povećane cene energije rezultirale su brzim rastom sektora obnovljivih izvora energije. Uz progresivno povećanje primene solarnih parkova, poboljšanje efikasnosti solarnih panela je suštinski korak u razvoju za proizvodnju više energije iz iste oblasti.
Najbolje tehnologije solarnih ćelija koje se nalaze na krovovima mogu pretvoriti samo četvrtinu ukupne sunčeve energije u električnu energiju. Efikasnost solarnih ćelija može se poboljšati spajanjem različitih tehnologija kako bi se stvorio uređaj poznat kao višespojna solarna ćelija.
Na teoretskom nivou, takav uređaj može da pretvori skoro polovinu sunčeve energije u električnu. Međutim, tehnologije solarnih ćelija sa više spojeva su komplikovanije u smislu proizvodnje, zahtevaju usvajanje novih materijala i procesa u isto vreme imajući u vidu troškove i aspekte održivosti.
Istraživanje tima je fokusirano na poluprovodnike sa hemijskom strukturom koja je tipična za perovskitne materijale – ABX 3, ali umesto kiseonika ili halogena, oni istražuju jedinjenja gde je X sumpor/selen, a A i B su obilni i netoksični metali. Rad je objavljen u časopisu Hemije materijala.
Koristeći metod reakcije u čvrstom stanju, istraživači su sintetizovali novi materijal — kalaj cirkonijum titanijum selenid — po prvi put i otkrili da je legura Sn(Zr k Ti 1-k )Se 3 najperspektivnija za primenu u fotonaponu.
„U skladu sa trenutnom geopolitičkom situacijom u Evropi i ekološkim problemima, važno je da se novi materijali koji se istražuju i razmatraju za primenu obnovljive energije sastoje od obilja elemenata i bez kritičnih sirovina“, navodi vodeći autor studije, dr. Rokas Kondrotas, šef Odeljenja za karakterizaciju strukture materijala u FTMC, Litvanija.
Grupa je otkrila da uvođenje titanijuma u koncentraciji do 44% nije promenilo kristalnu strukturu legure Sn(Zr k Ti 1-k )Se 3, ali je imalo dubok uticaj na optička i električna svojstva materijala.
Što je veća koncentracija titanijuma, to je više apsorpciona ivica Sn(Zr k Ti 1-k )Se 3 pomerena ka oblasti kratkotalasnog infracrvenog spektra. Ovaj deo infracrvenog spektra koji dolazi od sunca ne apsorbuje konvencionalna kristalna silicijumska solarna ćelija i stoga se gubi.
Sn(Zr k Ti 1-k )Se 3 poluprovodnici sintetisani sa visokom koncentracijom titanijuma, mogu da apsorbuju infracrvenu svetlost kratkotalasne dužine i konvertuju je u dodatnu energiju povećavajući ukupnu efikasnost uređaja sa više spojeva zasnovanih na Si.
Pored toga, autori su otkrili da uvođenje titanijuma u legure Sn(Zr k Ti 1-k )Se 3 značajno povećava koeficijent apsorpcije. Za solarne ćelije su poželjni materijali sa visokim koeficijentom apsorpcije, jer je čak i veoma tanak sloj, 20 puta tanji od pramena kose, dovoljan da apsorbuje svu dolaznu svetlost sunca.
Ovaj rad je prvi korak za razvoj novih održivih materijala sa visokim potencijalom za primenu solarnih ćelija sa više spojeva u infracrvenom regionu. Sledeća prekretnica ove tehnologije je sinteza tankog filma Sn(Zr k Ti 1-k )Se 3, što omogućava proizvodnju i testiranje solarnog uređaja.
