Vědci objasnili, jak zvýšit životnost a účinnost solárních článků s perovskity

Pro vývoj cenově dostupnějších a vysoce výkonných fotovoltaických článků využívají vědci v současnosti uměle krystalizované perovskity. Ty patří do skupiny materiálů, jejichž struktura byla odvozena od minerálu perovskit (CaTiO₃). Nyní se mezinárodnímu týmu výzkumníků vedenému profesorem Feng Gao z univerzity ve švédském Linköpingu podařilo objasnit mechanismus, jak zvýšit životnost a účinnost tohoto typu organických solárních článků. Na výzkumu se významně podíleli také vědci z Ústavu makromolekulární chemie AV ČR. Výsledky nové studie byly zveřejněny v prestižním vědeckém časopisu Science.

V nové studii měli vědci za úkol objasnit mechanismus, který stojí za zvýšením účinnosti a zároveň životnosti solárního článku s perovskitovou strukturou, a popsat roli nového aditiva. Významně se ve výzkumu projevila práce vědců specializovaných na NMR spektroskopii z Ústavu makromolekulární chemie AV ČR (ÚMCH). Výzkumníci z ÚMCH se zabývali studiem vrstvy solárního článku, ve které probíhá přeměna sluneční energie na energii elektrickou, tedy přeměna záření na elektron.  Cílem NMR spektroskopie je hledat a nacházet zákonitosti a vztahy mezi dynamikou molekul, strukturou hmoty, jejími makroskopickými a užitnými mechanickými či fyzikálními vlastnostmi.

„V nové studii jsme pomocí výzkumných metod v oboru NMR spektroskopie systematickým porovnáním jednotlivých spekter a pozorováním změn v ¹H NMR spektrech potvrdili, že se po přídavku nového typu aditiva významně zvýší elektrostatické síly, tzv. mezimolekulární Coulombovské interakce, a dojde ke vzájemnému přiblížení hlavních složek. Tím se usnadní výměna a přenos nepárového elektronu. Zmíněné chování bylo možné popsat pouze pomoci ¹H hr-NMR spektroskopie a potvrzeno bylo ¹⁹F NMR spektroskopií v pevném stavu,“ popisuje Libor Kobera z Oddělení NMR spektroskopie Ústavu makromolekulární chemie. Dalším přínosem použití nového aditiva je značné snížení environmentální zátěže v porovnání s tradičními aditivy. „Použitý typ aditiva je vysoce účinný, a při relativně nízké koncentraci umožňuje generování značného množství radikálů. Díky tomu, že omezuje také rozsah vedlejších reakcí, zvyšuje životnost solárních článků,“ dodává Libor Kobera.

S Oddělením biomolekulární a organické elektroniky Univerzity v Linköpingu spolupracují vědci z ÚMCH od roku 2019. „Náš společný výzkum sleduje aktuální společenské výzvy, jako je energetická soběstačnost či snížení závislosti na fosilních zdrojích. Toto je priorita nejen moderní vědy, ale rezonuje celou společností. Patří také mezi priority agendy českého předsednictví EU,“ vysvětluje Jiří Brus, vedoucí Oddělení NMR spektroskopie v ÚMCH. Rozsáhlá spolupráce mezinárodního týmu vědců se soustředí na objevení, popsání a pochopení procesů, které umožní ovládnout a kontrolovat účinnost přeměny solární energie, kontrolovat degradační procesy a prodloužit stabilitu a životní cyklus solárních článků. Výsledky systematického výzkumu týmu, který vede profesor Feng Gao, již zveřejnily také vědecké časopisy Nature Communications, Nature Energy či Joule.

Přečtěte si také

• Více než 140 států světa schválilo zprávy o souvislostech mezi společností a přírodou
• Almanach geovědních pokusů, aneb vánoční dárek školám od „Vesmíru pro lidstvo“
• Čeští vědci se podílejí na vývoji ekologických solárních článků
• PLATOSpec, nový spektrograf v Chile pro lov exoplanet
• Archeologové odkryli u Prahy sídliště staré 7000 let
• Odhalena nová tajemství černých děr
• Čeští vědci dosáhli průlomu ve sledování zemětřesení v Etiopii
• V ÚOCHB AV ČR se otevírá unikátní zázemí pro kryogenní elektronovou mikroskopii
• Genetické vzorky zvířat z muzeí rozkryly některé evoluční záhady afrických savců
• Vidět znamená věřit. Altermagnetismus dokazují první mikroskopické snímky