תאים סולאריים עשויים פרובסקיט טומנים בחובם הבטחה רבה לעתיד האנרגיה הסולארית. החומר זול, קל לייצור ויעיל כמעט כמו סיליקון, החומר המשמש באופן מסורתי בתאים סולאריים. עם זאת, פרוסקיט מתכלה במהירות, ומגביל מאוד את יעילותו ויציבותו לאורך זמן. חוקרים מאוניברסיטת איינדהובן לטכנולוגיה, מכון מחקר האנרגיה DIFFER, אוניברסיטת פקינג ואוניברסיטת טוונטה גילו שהוספת כמות קטנה של פלואוריד לפרובסקיט משאירה שכבת הגנה, המגבירה את היציבות של החומרים ושל התאים הסולאריים בצורה משמעותית.התאים הסולאריים שומרים על 90 אחוז מיעילותם לאחר 1000 שעות פעולה בתנאי בדיקה קיצוניים שונים. הממצאים מתפרסמים היום בכתב העת המדעי המוביל Nature Energy.
בגלל שהם כל כך זולים לייצור, תאים סולאריים פרוסקיט עמדו במרכז מחקרים סולאריים רבים לאחרונה. כתוצאה מכך, היעילות שלהם עלתה מפחות מ-4 אחוזים ב-2009 ליותר מ-24 אחוזים כיום, שזה קרוב לתאי סיליקון מסורתיים. מה שנקרא תאי טנדם, המשלבים תאי סיליקון ופרוסקיט, משיגים יעילות של יותר מ-28 אחוזים.
למרות הצלחה זו, לפרובסקיט יש מספר פגמים עקב אופי החומר ואופן ייצורו. עם הזמן, מקומות פנויים במבנה האטומי של המתכת הליד מעוררים את פירוק הפרובסקיט בהשפעת לחות, אור וחום.
שכבת הגנה
החוקרים באיינדהובן, טוונטה ובייג'ין ערכו ניסויים בסוג חדש של פרוסקיט, על ידי הוספת כמות קטנה של פלואוריד בתהליך הייצור.בדיוק כמו פלואוריד במשחת שיניים, יוני הפלואוריד יוצרים שכבת הגנה סביב הגביש, ומונעים את פיזור הפגמים המזיקים.
"העבודה שלנו שיפרה את היציבות של תאים סולאריים פרוסקיט במידה ניכרת", אומר שוקסיה טאו, פרופסור עוזר במרכז לחקר אנרגיה חישובית, מרכז משותף של המחלקה לפיזיקה שימושית של TU/e ו-DIFFER, ו מחבר שותף של העיתון. "התאים שלנו שומרים על 90 אחוז מהיעילות שלהם לאחר 1000 שעות בתנאי אור וחום קיצוניים. זה הרבה פעמים יותר מאשר תרכובות פרוסקיט מסורתיות. אנחנו משיגים יעילות של 21.3 אחוזים, וזו נקודת התחלה טובה מאוד לשיפורי יעילות נוספים."
בשל האלטרונגטיביות הגבוהה שלו, פלואוריד מייצב את סריג הפרובסקיט על ידי יצירת קשרי מימן חזקים וקשרים יוניים על פני החומר.
חלק ניכר מהעבודה של הצוות מאיינדהובן הושקע בהסבר מדוע פלואוריד הוא מרכיב כה יעיל בהשוואה להלוגנים אחרים.באמצעות הדמיות ממוחשבות הם מסיקים שחלק מהצלחתו נובע מהגודל הקטן והאלקטרושליליות הגבוהה של יוני פלואוריד. ככל שהאלקטרושליליות של יסוד גבוהה יותר, כך קל יותר למשוך אליו אלקטרונים של יסודות שכנים. זה עוזר ליוני פלואוריד ליצור קשרים חזקים עם היסודות האחרים בתרכובת הפרובסקיט, ויוצרים שכבת הגנה יציבה.
מחקר עתידי
המחקר נתפס כצעד חשוב לקראת יישום מוצלח של תאים סולאריים פרוסקיט בעתיד. עם זאת, נותרה עבודה רבה לעשות. תקן הזהב בתעשייה הסולארית הוא שיעור שימור של לפחות 85 אחוז מהיעילות המקורית לאחר עשר עד חמש עשרה שנים, תקן שעדיין רחוק מאוד עבור תאי פרוסקיט.
"אנו מצפים שייקח עוד חמש עד עשר שנים עד שהתאים הללו יהפכו למוצר בר-קיימא מבחינה מסחרית. לא רק שעלינו לשפר עוד יותר את היעילות והיציבות שלהם, עלינו גם להשיג הבנה תיאורטית טובה יותר של מנגנונים רלוונטיים בקנה מידה אטומי.עדיין אין לנו את כל התשובות מדוע חומרים מסוימים יעילים יותר מאחרים בהגברת היציבות ארוכת הטווח של התאים הללו", אומר טאו.
