Raziskovalci iz nemškega raziskovalnega centra Jülich v Erlangnu so sporočili, da njihova nova tehnika »nadgradnje« pretvarja močno onesnažene svinčene krogle v visoko čisti, komercialno uporaben svinčev jodid, spojino, ki je potrebna v velikih količinah za proizvodnjo najboljših perovskitnih sončnih celic. Rezultati ekipe so omogočili izdelavo sončnih panelov, ki pretvarjajo sončno svetlobo v električno energijo z učinkovitostjo 21 odstotkov. Za primerjavo: najboljše perovskitne sončne celice, izdelane iz bolj čistih začetnih materialov, trenutno dosegajo nekaj več kot 27 odstotkov učinkovitosti.
»Perovskitne sončne celice temeljijo na visoko čistem svinčevem jodidu,« je v objavi na LinkedInu zapisal fizik in soavtor študije Ian Marius Peters, »vendar je svinec pri pridobivanju in predelavi tako strupen kot tudi zahteven glede virov.«
»Milijoni ton svinca že obstajajo v odpadnih tokovih, ki ostajajo neizkoriščeni,« je dodal Peters. »To delo kaže, da lahko strupeni zgodovinski odpadki postanejo vir za čisto energijo.«
Odstranitev svinca
Peters in njegovi sodelavci so izbrali to zbirko časovno poškodovanega streliva iz renesančnih mušket in arkebuz predvsem kot dokaz koncepta za svojo novo metodo. Po njihovi študiji, objavljeni marca v reviji Cell Reports Physical Science, so »fragmente mušketnih krogel« kupili na platformi eBay. Krogle so bile namerno izbrane kot »izjemno zahteven vhodni material« za proizvodnjo visoko čistega svinčevega jodida. Namen tega je bil dokazati, da metoda deluje tudi na zelo onesnaženem starem svincu s kemičnimi nečistočami.
Njihova metoda nadgradnje ima dva ključna koraka. Najprej so dve elektrodi, izdelani iz staljenih in preoblikovanih svinčenih krogel, potopili v mešanico acetonitrila in raztopljenega joda, skozi katero so vodili električni tok. Ta postopek je po navedbah ekipe proizvedel svinčev jodid izjemno visoke čistosti. Raziskovalci so tudi poudarili, da ima metoda okoljske prednosti, saj omejuje uporabo kemikalij in proizvaja manj odpadne vode, onesnažene s svincem.
V drugem koraku so ta gorčično rumen prah visoko čistega svinčevega jodida uporabili za rast perovskitnih kristalov z uporabo tehnike, imenovane kristalizacija z inverzno temperaturo, ki uporablja toploto namesto hladu za doseganje pravilne strukture molekul in kristalov.
Po Petersovih besedah je ta nizkocenovna metoda omogočila izdelavo perovskitnih sončnih celic, ki so »statistično nerazločljive od naprav, izdelanih s komercialnimi 5N prekurzorji«. (5N pomeni material s 99,999-odstotno čistostjo.)
Zapiranje kroga
Raziskovalci so navedli, da so projekt izvajali z namenom zajeti »ocenjenih 30 %–40 % svinčenih odpadkov«, ki ostanejo neizkoriščeni ob koncu industrijskega življenjskega cikla. Za povečanje proizvodnje perovskitnih sončnih celic bi bil potreben nov sistem, podoben učinkovitemu recikliranju svinčeno-kislinskih avtomobilskih baterij. »Trajnostno pridobivanje svinca je ključno za razširitev perovskitnih sončnih celic,« so zapisali avtorji.
Perovskiti predstavljajo široko kategorijo sončnih celic in za svoje delovanje ne potrebujejo nujno svinca v kristalni strukturi, vendar so prav svinčene različice pokazale največjo učinkovitost pri pretvorbi sončne svetlobe v električno energijo. »Sčasoma svinčene naprave dosledno izboljšujejo svojo zmogljivost,« je leta 2022 za MIT News povedal Tonio Buonassisi, direktor laboratorija za fotovoltaiko na MIT, »druge sestave se po elektronski zmogljivosti niso približale.«
Po njegovih besedah so svinčevo-halogenidne perovskitne sončne celice že več kot desetletje glavni fokus raziskav. Med številnimi prednostmi pred tradicionalnimi silicijevimi paneli je tudi možnost izdelave lahkih in fleksibilnih struktur iz polimernih materialov. Perovskite je mogoče kombinirati tudi s silicijem v hibridne panele, kjer so dosegli učinkovitost do 36 odstotkov, kar presega učinkovitost posameznih tehnologij.
»Atome in molekule je mogoče poljubno kombinirati v strukturi,« je poudaril Buonassisi. »Perovskiti so zelo prilagodljivi, kot kristalna struktura tipa ‘sestavi sam’.«
Raziskava je bila objavljena v strokovni publikaciji Cell Report Physical Science.
Vir: Cell Press, slika v besedilu: Cell Reports Physical Science, naslovna slika je simbolična in je nastala s pomočjo umetne inteligence.
