Jak se vyrovnat s problematikou olova v perovskitových solárních článcích?

Perovskitové solární články (PSC), které představují jednu z nejprogresivnějších technologií v oblasti solární energetiky, se vyznačují vysokou účinností a relativně nízkými výrobními náklady. Nicméně jejich širší aplikace je stále omezená kvůli obavám z úniku olova, které je součástí mnoha perovskitových materiálů, jež se používají v těchto článcích. V tomto kontextu je nezbytné porozumět nejen mechanismům, jakými olovo migruje do životního prostředí, ale také strategiím, které mohou zabránit jeho úniku a minimalizovat jeho toxické účinky.

Olovo je známé pro svou toxicitu a škodlivé účinky na lidské zdraví, a to zejména v případě dlouhodobé expozice. Vysoké koncentrace olova mohou vést k vážným zdravotním problémům, jako jsou poruchy nervového systému, poškození ledvin, zhoršení kognitivních funkcí a snížená imunita. V případě perovskitových solárních článků je olovo obsaženo zejména v formě PbI3 (jodid olovnatý), který je klíčovým materiálem pro dosažení vysoké účinnosti těchto zařízení. Nicméně jakékoli neúmyslné uvolnění tohoto kovu může znamenat vážné environmentální a zdravotní problémy, pokud se olovo dostane do půdy, vody nebo ovzduší.

Aby se minimalizovalo riziko, že by olovo uniklo z perovskitových článků, vědci vyvinuli různé technologie a metodiky pro zajištění stabilizace a uzavření tohoto materiálu. Jedním z přístupů je modifikace struktury samotných článků, přičemž kladné výsledky byly dosaženy například použitím polymerních materiálů nebo aditiv, které uzavírají olovo uvnitř článku a zabraňují jeho migraci. Například vývoj nových vrstev, jako je i-PAM polymer, může výrazně zlepšit stabilitu a ochranu před únikem olova při vysokých teplotách a vlhkosti, což jsou podmínky, které mohou být pro perovskitové články extrémní.

Další metodou je zlepšení rozhraní mezi perovskitem a elektrickými kontakty, což rovněž napomáhá lepší stabilitě materiálů. Některé výzkumy ukazují, že přidání hydroxylapatitu nebo aminotriazolových sloučenin do struktury článků může pomoci absorbovat olovo, čímž se snižuje jeho koncentrace v případě porušení struktury článku. Ačkoli tyto technologie jsou slibné, je třeba si uvědomit, že většina z nich je stále v experimentální fázi a bude potřeba dalšího vývoje k dosažení komerčně životaschopných řešení.

Z hlediska toxicity olova je třeba mít na paměti, že olovo se dostává do lidského organismu především třemi hlavními cestami: inhalací, perorálním příjmem a kontaktem s pokožkou. Jakmile olovo vstoupí do těla, může se rozšířit do různých orgánů, včetně jater, ledvin a nervového systému, kde způsobuje značné poškození. Většina olova se však usazuje v kostech, což vede k dlouhodobé akumulaci v těle. Když je olovo v těle přítomno ve vysokých koncentracích, může mít závažné následky na zdraví, včetně poruch centrální nervové soustavy, zhoršení kognitivních funkcí, a v některých případech dokonce smrtelných následků při akutní otravě.

Jedním z důležitých kroků při vývoji perovskitových solárních článků je tedy nejen zaměření se na zajištění vysoké účinnosti, ale také na vývoj bezpečných metod, které zajistí, že olovo nebude představovat ekologické a zdravotní riziko. Vědci se soustředí na vývoj nových materiálů pro perovskitové články, které by mohly nahradit olovo nebo významně snížit jeho přítomnost v těchto systémech. Alternativní materiály jako je cesium (Cs) nebo jiné kovové halogenidy, které vykazují podobné fotovoltaické vlastnosti jako olovo, jsou aktuálně v centru výzkumu a mohou nabídnout řešení pro budoucnost.

I když vývoj nových materiálů a metod ochrany před olovem v perovskitových solárních článcích vypadá slibně, je nutné zdůraznit, že je třeba nejen regulovat samotný obsah olova v článcích, ale také zajistit správnou likvidaci a recyklaci těchto zařízení po jejich životnosti. Bez vhodného nakládání s těmito materiály po skončení jejich životnosti může dojít k masivnímu znečištění životního prostředí a ohrožení zdraví lidí, kteří přicházejí do styku s těmito materiály.

Endtext

Jak správně testovat a hodnotit stabilitu perovskitových solárních článků: Metodiky a normy

Perovskitové solární články (PSC) představují jednu z nejvíce slibných technologií v oblasti fotovoltaiky, avšak jejich dlouhodobá stabilita a odolnost vůči vnějším vlivům stále představují výzvu. Pro účinné hodnocení stability těchto článků byly vyvinuty různé testovací protokoly, které zahrnují jak laboratorní, tak reálné podmínky. Kromě testování účinnosti je nutné se zaměřit i na hodnocení odolnosti proti faktory jako jsou vlhkost, kyslík, teplo, světlo a elektrické biasy.

Protokol ISOS-D zkoumá chování PSC při vystavení temnotě a okolnímu vzduchu, přičemž se zaměřuje na vliv změn teploty a vlhkosti na stabilitu. ISOS-L se soustředí na dopad světla na stabilitu perovskitových článků, přičemž se zohledňují změny teploty a vlhkosti, které se vyskytují při vyšších úrovních testování. ISOS-O testuje stabilitu PSC v reálných venkovních podmínkách, simulujících skutečné světelné zdroje a klimatické podmínky, které mají vliv na dlouhodobou výkonnost.

Dalším důležitým testem je ISOS-T, který zahrnuje termální cykly v temnotě. Tento test simuluje opakované vystavení solárního článku extrémním teplotním změnám, což napomáhá pochopení chování materiálů při změnách teploty. Na rozdíl od ISOS-T, ISOS-LT provádí cykly za použití slunečního simulátoru a testuje, jak změny teploty, vlhkosti a prostředí ovlivňují dlouhodobou stabilitu.

Pro zajištění kvalitního testování stability perovskitových solárních článků je důležité nejen dodržování standardních testů, ale také zohlednění kritéria životnosti, které je pro testování nezbytné. Metoda Txx, měřící dobu, po kterou účinnost článku klesne na xx % původní hodnoty, je jedním z nejběžněji používaných měřítek pro minimální období stárnutí článků.

Nicméně, navzdory vysoce rozvinutým ISOS protokolům, neexistuje komplexní testovací standard pro hodnocení solárních modulů vyrobených z perovskitových článků. V současné době, kdy se výroba perovskitových článků směřuje k modularizaci, je nutné zaměřit se na normu IEC 61646, která byla navržena speciálně pro tenkovrstvé solární články a poskytuje podrobné pokyny pro testování modulů na základě environmentálních podmínek.

Norma IEC 61646 zahrnuje několik druhů testů, které jsou zaměřeny na diagnostické měření, elektrická měření, testování pod vlivem záření, environmentální zkoušky a mechanické testy. Cílem těchto testů je zajistit, že solární moduly budou schopny spolehlivě fungovat i v typických klimatických podmínkách po dlouhou dobu. Podmínky pro každý test jsou přesně specifikovány, včetně teplotních rozsahů, úrovně záření a dalších důležitých parametrů.

Jedním z důležitých testů je vizuální inspekce, která odhalí jakékoli zjevné vady v modulu, a test maximálního výkonu, který stanoví výkon solárního modulu za standardních podmínek. Insulační testy jsou klíčové pro ověření, zda mezi elektrickými komponenty a rámem modulu nedochází k nežádoucímu zkratu. Kromě toho testy teplotních koeficientů a testy při nízkém osvětlení umožňují zjistit, jak se modul chová při různých podmínkách záření a teploty.

Důležitou součástí testování je také odolnost vůči UV záření. Tento test simuluje vliv dlouhodobého vystavení slunečnímu záření, což má klíčový vliv na degradaci materiálů. Další testy, jako je test odolnosti proti horkým bodům, testy zátěže na diody a měření účinnosti při standardních a nízkých úrovních záření, pomáhají ověřit, jak dobře moduly reagují na konkrétní situace, s nimiž se mohou setkat v reálném světě.

Jaké jsou perspektivy a výzvy v oblasti enkapsulace perovskitových solárních článků?

Enkapsulace perovskitových solárních článků je klíčovým aspektem pro jejich dlouhodobou stabilitu a komercializaci. Pro průmyslové aplikace jsou požadavky na stabilitu materiálů pro enkapsulaci zcela zásadní, jak již bylo uvedeno v předchozích kapitolách. Kromě toho je nutné brát v úvahu také náklady na materiály, výrobní procesy a čas potřebný pro výrobu. V tomto kontextu je dnes nejideálnější enkapsulační struktura, která využívá skleněné krycí desky. Tato struktura efektivně potlačuje úniky plynných produktů dekompozice a vykazuje nejlepší stabilitu mezi třemi hlavními konstrukcemi. Je však důležité si uvědomit, že enkapsulant musí vykazovat vysokou chemickou inertnost a musí mít vhodný elasticitní modul, aby zvládal stres způsobený cyklickými teplotními změnami. Pokud tyto požadavky nejsou splněny, může dojít k poškození funkčních vrstev, které mají nižší houževnatost. V současnosti se jako optimální strategie považuje kombinace polyolefinového elastomeru (POE) jako utěsňujícího materiálu a polyisobutylenu (PIB) pro utěsnění okrajů. PIB se ukázal být vynikajícím materiálem pro enkapsulaci a je široce využíván v komercializaci fotovoltaických článků. Jeho vynikající odolnost vůči vodě a zpracovatelnost při nízkých teplotách činí PIB ideálním materiálem pro utěsnění okrajů u velkých modulů. Polyolefinový elastomer (POE), díky své dobré elasticitě a houževnatosti, dokáže účinně rozptylovat mezivrstvý stres, který vzniká během dlouhodobého teplotního cyklování, a zároveň vykazuje vynikající odolnost vůči UV záření. Tyto dvě materiály lze pevně spojit s skleněným krytem a substrátem pomocí jediného laminovacího procesu, čímž se dosáhne vynikající stability modulů.

Perovskitová fotovoltaika se nachází na prahu komercializace. Enkapsulace je nezbytným řešením pro zajištění její dlouhodobé stability, přičemž konkrétní strategie pro enkapsulaci ještě nebyla definitivně stanovena. Na jedné straně většina studií, které prošly komerčními testy stability, zahrnují malé články nebo sestavy, z nichž jen několik prošlo certifikací třetími stranami. Na druhé straně zůstávají mechanismy degradace různých kompozitních perovskitových solárních článků stále nedostatečně pochopeny. Degradace způsobená světlem, vlhkostí a teplotními změnami je stále předmětem výzkumu. Proto je nezbytné pokračovat ve výzkumu a technologickém pokroku v této oblasti.

Druhým směrem je stanovení standardizovaných hodnotících kritérií pro stabilitu, která by zahrnovala podmínky teploty a vlhkosti pro testování stability, minimální počet vzorků a efektivní plochu testovaných článků. Doporučuje se zahrnout již zmíněné testy, jako je test odolnosti vůči vlhku a cyklickému teplotnímu testu, jako povinné testy stability. Tento přístup by urychlil výběr vhodných materiálů a metod enkapsulace. Dále je nezbytné vyvinout hodnotící standardy pro úniky olova a zahrnout je do referenčních hodnot.

Třetí směr zahrnuje další inovativní vývoj enkapsulace pro zlepšení stability. V současnosti se většina výzkumných snah zaměřuje na zlepšení odolnosti vůči vlhkosti a teplu. Očekává se však, že kombinace enkapsulace s optickými řídícími strukturami může nejen zlepšit stabilitu, ale také snížit optické ztráty a dokonce zlepšit schopnost zachytávání světla. Na základě významného pokroku v posledních letech máme mnoho důvodů k optimismu ohledně budoucnosti perovskitových solárních článků. Jsme přesvědčeni, že komercializace této technologie bude urychlena implementací efektivních technologií enkapsulace. Vývoj pevných enkapsulačních strategií zlepší stabilitu a životnost PSC, což je jednou z hlavních překážek na cestě k jejich komercializaci. Tento pokrok nejen posílí důvěru investorů a výrobců, ale také otevře cestu pro integraci PSC do různých aplikací, čímž přispěje k přechodu na udržitelnější a obnovitelnou energii v budoucnosti.

Jaké jsou vyhlídky a příležitosti pro perovskitové solární články?

Perovskitové solární články (PSC) představují nový a vzrušující vývoj v oblasti fotovoltaiky, přičemž jejich potenciál stále roste. Tyto solární články, postavené na materiálech s perovskitovou strukturou, nabízejí vynikající účinnost a možnosti pro flexibilní a levné solární energie. Tento pokrok ovlivňuje nejen samotný vývoj solárních panelů, ale i celkovou energetickou politiku a technologické inovace na globální úrovni.

Pokud jde o možnosti aplikace, perovskitové články jsou stále v počáteční fázi komercializace, ale již dnes vykazují obrovský potenciál pro zajištění levnější a efektivní energie. Některé společnosti, jako například Greatcell Energy z Austrálie, vyvíjejí solární panely pro vnitřní použití, zatímco v Polsku se Saule Technologies zaměřuje na flexibilní perovskitové články, které mají široké spektrum aplikací. Zajímavou inovací je i perovskitová technologie pro elektronické štítky (PESL) a žaluzie od Saule Technologies, které demonstrují praktické využití perovskitových materiálů v oblasti elektroniky a architektury.

Pokrok v oblasti perovskitových solárních článků není pouze o výrobních technologiích. Zásadní je také otázka udržitelnosti a recyklace těchto materiálů. Perovskity, zvláště ty na bázi olova, jsou v současnosti předmětem diskusí, protože existují obavy ohledně jejich potenciálního úniku a kontaminace solven­ty. Nicméně, stále roste počet výzkumných a servisních organizací, které se zaměřují na způsoby zlepšení bezpečnosti a recyklace perovskitových článků, jako například Fluxim AG ve Švýcarsku, která poskytuje pokročilé nástroje pro simulaci a charakterizaci solárních článků.

Z hlediska budoucnosti je oblast perovskitových solárních článků optimistická. Kromě zvyšování účinnosti a životnosti článků je kladeno důraz na flexibilitu, levnost a ekologickou šetrnost výroby. Vytváření solárních článků, které lze snadno integrovat do různých aplikací, jako jsou chytrá nositelná zařízení, solární budovy či prostorové aplikace, představuje výzvu, kterou současné firmy i výzkumné instituce usilovně řeší. S narůstajícími výzvami, jako je zajištění bezpečnosti a stability perovskitových materiálů, se objevují příležitosti pro inovativní postupy a technologie.

Mezi konkrétními vyhlídkami pro tento segment jsou zejména následující směry: první je integrace velkého množství solární energie do energetických sítí při zachování vysoké bezpečnosti a spolehlivosti. Dále se zaměřujeme na zlepšení účinnosti, životnosti a manufacturability (výrobních schopností) perovskitových materiálů, což povede k nízkonákladové výrobě energie. Flexibilní, efektivní PSC mohou zásadně snížit náklady na energii a učinit ji dostupnější pro širokou veřejnost. V neposlední řadě je také zajištění lepšího financování a bankovatelnosti, což umožní širší využití těchto technologií na komerčním trhu.

Kromě technologických aspektů je také důležité si uvědomit, že vývoj perovskitových solárních článků je součástí širšího kontextu energetické transformace. Růst této technologie může nejen přispět k snížení emisí skleníkových plynů a zvýšení podílu obnovitelných zdrojů energie, ale také pomoci zlepšit energetickou bezpečnost a stabilitu. V konečném důsledku může znamenat revoluci v tom, jak vyrábíme, využíváme a šetříme energii.