Silicilul a dominat industria fotovoltaică de la primele ei aplicații comerciale și rămâne, deocamdată, materialul din care sunt făcute aproape toate panourile solare instalate în lume. Dar în laboratoare, o clasă de materiale numite perovskiți a strâns, în ultimul deceniu, un interes rar întâlnit în fizica materialelor — nu pentru că ar fi exotice, ci pentru că randamentele lor de conversie au crescut mai repede decât ale oricărei alte tehnologii fotovoltaice studiate vreodată, apropiindu-se rapid de performanțele siliciului, cu costuri de producție potențial mult mai mici.
Ce este, de fapt, un perovskit
Termenul nu descrie un singur material, ci o clasă întreagă de compuși cu o structură cristalină specifică, numită după mineralul perovskit descoperit în secolul al XIX-lea în Munții Ural. Pentru aplicații fotovoltaice, cercetătorii folosesc de obicei perovskiți pe bază de plumb sau staniu, combinați cu compuși organici, depuși într-un strat extrem de subțire — de câteva sute de ori mai subțire decât o celulă de siliciu clasică. Această subțirime nu e doar un detaliu tehnic: înseamnă mai puțin material folosit, procese de fabricație potențial mai simple și posibilitatea de a produce celule flexibile, care pot fi aplicate pe suprafețe curbe sau chiar integrate în ferestre semitransparente.
De ce a crescut atât de repede randamentul
Primele celule cu perovskit din 2009 aveau un randament de conversie de sub 4%, o valoare nesemnificativă comercial. În mai puțin de cincisprezece ani, randamentele de laborator au depășit 26%, apropiindu-se de limita teoretică a siliciului cristalin, obținută abia după decenii de rafinare tehnologică. Explicația ține de structura electronică favorabilă a perovskiților, care absorb lumina foarte eficient chiar și în straturi subțiri, și de flexibilitatea chimică a materialului, care permite ajustarea compoziției pentru a optimiza absorbția pe diferite lungimi de undă ale spectrului solar — un avantaj mai greu de exploatat la siliciu, unde structura cristalină e mult mai rigidă.
Cel mai promițător drum: celulele tandem
Direcția comercială cea mai avansată nu e înlocuirea completă a siliciului, ci combinarea celor două materiale într-o celulă tandem, unde un strat de perovskit așezat deasupra unei celule clasice de siliciu captează partea din spectrul solar pe care siliciul singur o folosește ineficient. Rezultatul e un randament combinat mai mare decât ar putea obține oricare dintre materiale separat, fără să fie nevoie de o schimbare radicală a liniilor de producție existente pentru siliciu — un avantaj comercial important, pentru că nu presupune renunțarea la investițiile deja făcute în infrastructura de fabricație a siliciului.
Compania britanică Oxford PV a fost printre primele care au anunțat producția comercială, la scară mică, de celule tandem perovskit-siliciu, cu o fabrică dedicată în Germania, capabilă să livreze deja module cu randamente care depășesc net orice panou clasic din siliciu disponibil pe piață. Alte companii, din China și din Statele Unite, urmează un traseu similar, majoritatea concentrându-se inițial pe segmentul premium — instalații rezidențiale sau comerciale mici, unde spațiul de acoperiș e limitat și un randament mai mare pe metru pătrat justifică prețul suplimentar. Procesul de fabricație rămâne totuși mai delicat decât cel al siliciului clasic: depunerea stratului de perovskit necesită condiții de mediu foarte controlate, fără urme de umiditate, iar orice defect microscopic la acest nivel poate reduce semnificativ randamentul final al celulei. Producătorii lucrează activ la adaptarea liniilor de producție existente pentru siliciu, tocmai pentru a evita construirea unor fabrici complet noi, un pas care ar întârzia considerabil adopția comercială la scară largă a acestei tehnologii promițătoare.
Ce ține tehnologia încă departe de piața de masă
Marea problemă a perovskiților rămâne stabilitatea. Spre deosebire de siliciu, care rezistă zeci de ani la expunerea la umiditate, căldură și radiație ultravioletă, materialele perovskite se degradează relativ repede în condiții reale de exterior, o problemă pe care cercetătorii încearcă s-o rezolve prin straturi de protecție și prin modificări ale compoziției chimice. Există și îngrijorări legate de conținutul de plumb din multe formule comerciale, un aspect sensibil din perspectiva reglementărilor de mediu, similar controverselor din jurul altor tehnologii care folosesc materiale toxice în cantități mici. Câțiva producători, mai ales din Asia și din Europa, au anunțat deja linii pilot pentru celule tandem, iar primele produse comerciale la scară mică au apărut deja pe piață, semn că tehnologia trece, treptat, din faza pur experimentală în cea de dezvoltare comercială timpurie — un proces similar celui parcurs, cu un deceniu în urmă, de alte configurații neconvenționale de panouri fotovoltaice înainte să devină soluții comerciale mature.
