Ogniwa perowskitowe to technologia przyszłości

We wtorek w stolicy Malty Valletcie polska wynalazczyni otrzymała prestiżowe wyróżnienie przyznawane przez Europejski Urząd Patentowy – European Inventor Award – oraz nagrodę publiczności tego konkursu.

Dr Olga Malinkiewicz, współzałożycielka i dyrektorka technologiczna firmy Saule Technologies, została wyróżniona wraz z zespołem w kategorii "małe i średnie przedsiębiorstwa" (SMEs). Polska fizyczka pokonała konkurentów za sprawą „technologii energii słonecznej wykorzystującej opłacalne i przyjazne dla środowiska perowskitowe ogniwa słoneczne” – jak napisano w uzasadnieniu werdyktu.

PAP: Czym Pani i Pani zespół zawojowaliście jury konkursu?

Olga Malinkiewicz: Jesteśmy w stanie wydrukować panel słoneczny, który jest elastyczny i lekki. Można zastosować go na każdej dostępnej powierzchni. Na zewnątrz, ale – i to jest nowość – również wewnątrz budynków. Tradycyjne panele słoneczne są super, już wiele lat nam służą, produkują energię, możemy zbudować z nich farmę fotowoltaiczną, postawić je na dachach. Ale na tym się ich zastosowanie kończy. Nasze panele umożliwiają zastosowanie każdej powierzchni: fasady, dachu, lekkich konstrukcji, na których nie można położyć zwykłych paneli. Ale także na środkach transportu takich jak łodzie albo tiry. Ogniwa perowskitowe można stosować wszędzie tam, gdzie energia jest potrzebna.

PAP: Jakie właściwości perowskitów powodują, że jest to tak wyjątkowy materiał?

O.M.: Przede wszystkim są bardzo wydajne – możemy dzięki nim generować wystarczająco dużo elektryczności i konkurować z krzemem. Z kolei ich elastyczność sprawia, że możemy je integrować z wieloma przedmiotami codziennego użytku oraz istniejącymi konstrukcjami i środkami transportu. Jeśli chodzi o proces produkcji, to wyjątkową cechą materiału perowskitowego jest jego rozpuszczalność. Możemy stworzyć tusz, który służy do druku paneli słonecznych.

PAP: Czy produkcja paneli perowskitowych jest szkodliwa dla środowiska?

O.M.: W przeciwieństwie do innych zakładów produkcyjnych, z których działalnością wiążą się dymy, hałas, ogromne zużycie wody do chłodzenia maszyn, nasza fabryka może działać w centrum miasta. Nikt nie musi nawet o niej wiedzieć, bo linia produkcyjna to ciąg drukarek podłączonych do prądu.

PAP: A czym właściwie są perowskity?

O.M.: To duża grupa różnych materiałów o tej samej strukturze krystalicznej. Nie wszystkie nadają się do zastosowań w panelach słonecznych. My stosujemy syntetycznie stworzone materiały. Mieszamy składniki w odpowiednich proporcjach, dodajemy odpowiednie rozpuszczalniki i tak powstaje tusz. Wkładamy go do dużej drukarki Ink Jet i drukujemy warstwa po warstwie na cienkiej, elastycznej, lekkiej folii. Kiedy tusz spadnie na folię, rozpuszczalnik wyparowuje, zostają kryształki, które przywierają do powierzchni. Wyspecjalizowaliśmy się w technologii, w której zawsze powstaje produkt tej samej jakości, bez defektów, taki, który może zasilać urządzenia elektryczne.

PAP: Ogniwa stworzone w Pani firmie poleciały w kosmos.

O.M.: Poleciały. I wszystko byłoby super, tylko że niestety mieliśmy pecha i na 90 satelitów wyniesionych na orbitę cztery – w tym nasz – nie opuściły rakiety SpaceX, bo nie otworzyły się drzwiczki. Nie mieliśmy więc szansy przetestować naszych ogniw w kosmosie, za dużo było pośredników, nie my odpowiadaliśmy za wszystko. To straszny ból po pięciu latach przygotowań. I dowód na to, że nie wszystko wychodzi za pierwszym razem. Ale wierzę, że nasze panele czeka kolejna podróż w kosmos, tylko musimy zorganizować budżet na to przedsięwzięcie.

PAP: Właśnie, po co je tam wystrzeliwać?

O.M.: Na Ziemi wiele testów wykazało, że one są odporne na promieniowanie elektronowe, protonowe. Dodatkowa porcja promieniowania, którą przyjęłyby, gdyby były wyniesione na orbitę, nie spowodowałaby spadku ich sprawności. A tak się dzieje w przypadku innych wysokosprawnych technologii -promieniowanie kosmiczne powoduje ich poważne wady.

Nasz materiał jest taki specyficzny, że uszkodzenia, które w nim powstają, nie powodują spadku jego sprawności. Ponieważ jest drukowany, ma chaotyczną strukturę i sporo defektów, więc trochę więcej promieniowania mu już nie zaszkodzi i ma dalej podobną sprawność. W przypadku innych ogniw, wysłanie ich w kosmos powoduje drastyczny spadek sprawności. Ale chcielibyśmy to jeszcze przetestować właśnie na orbicie. Widzę w tym kosmiczną przyszłość dla paneli perowskitowych.

Kolejne obiecujące cechy naszych ogniw to elastyczność, lekkość i dowolny kształt. W tej chwili ogniwa produkowane za pomocą tradycyjnych technologii są zawsze kwadratowe albo prostokątne. My drukujemy nasze panele na drukarce. Jest przy tym trochę inżynierii, jak takie ogniwo zaprojektować, ale można wydrukować każdy kształt i stworzyć z niego panel. W związku z tym każdy element satelity może być powierzchnią, która generuje energię elektryczną.

Idąc dalej, możemy otworzyć erę – ale to już naprawdę daleka przyszłość – rozwijanych paneli do zastosowań kosmicznych. W tej chwili to jest niemożliwe, ogniwa nie są wystarczająco elastyczne, ale moglibyśmy nadrukować perowskity na supercieniutkich, bardzo lekkich materiałach. Są firmy, które specjalizują się w rozwiązaniach polegających na upakowaniu jak największej powierzchni w jak najmniejszej przestrzeni. Z pudełka od zapałek są w stanie rozwinąć żagiel. Taki żagiel, jeśli byłby panelem perowskitowym, mógłby zasilić dodatkową energią mniejsze satelity i np. zwiększyć moc komputerów pokładowych, które zużywają dużo energii. Myślę, że biznes też byłby tym zainteresowany. Ale zejdźmy na ziemię – przede wszystkim musimy dokończyć to, co zaczęliśmy tutaj. Kosmos jeszcze przed nami.

PAP: Opowiada Pani o tych ogniwach, jakby były to urządzenia idealne.

O.M.: Nie, oczywiście każde rozwiązanie ma wady. Na przykład nasz materiał po wydrukowaniu musimy zabezpieczyć przez dostępem wody, bo jest na nią bardzo czuły. Na planecie, na której woda jest powszechna, to niełatwe zadanie, ale da się to zrobić. Jednak zdecydowanie zalety przewyższają wady perowskitów.

PAP: Dlaczego zajęła się Pani tą dziedziną?

O.M.: Zawsze byłam eksperymentatorką. Zajmowałam się wcześniej różnymi innymi materiałami do ogniw słonecznych, a wcześniej jeszcze do wyświetlaczy OLED (Organic Light Emitting Diode). Jak tylko przetestowałam ten materiał, gdy pierwszy raz w ogóle miałam go w rękach, widać było różnicę. Było dla mnie oczywiste, że to jest materiał przyszłości. Czułam dreszcze na plecach, nie mogłam spać. Byłam na trzecim roku doktoratu z fizyki, nawet nie było to tematem mojej pracy doktorskiej. Nagle te trzy lata, które spędziłam na badaniach innych materiałów, w sekundę przestały istnieć. Poszłam do swojego opiekuna naukowego, powiedziałam, że straciłam sens robienia czegoś innego, że chcę się teraz zająć perowskitami. Na szczęście był wyrozumiały albo ja byłam tak uparta.

PAP: Wynalazek to dopiero połowa sukcesu. Jak wygląda w tej chwili sytuacja pani firmy?

O.M.: Przeszliśmy strasznie długą, wyboistą i zawiłą drogę. Ilość pracy, którą trzeba wykonać, żeby stworzyć infrastrukturę i zespół, żeby zdobyć finansowanie, jest nie do opisania. Mija 10 lat, od kiedy zarejestrowałam firmę. Dziś mamy fabrykę we Wrocławiu, w której produkcja nie jest może oszałamiająca, ale pokazaliśmy, że jesteśmy w stanie robić ogniwa na skalę przemysłową. Fabryka przeszła też audyt TÜV Rheinland, wiodącej jednostki certyfikującej dla przemysłu. Dostaliśmy certyfikat IEC (globalnego standardu bezpieczeństwa, który określa wymagania dla systemów zarządzania bezpieczeństwem informacji – przyp. PAP) na nasze moduły elastyczne do zastosowań w elektronice konsumenckiej. Kolejnym krokiem będzie certyfikat zastosowania naszych produktów na zewnątrz budynków. Te certyfikaty są bardzo ważne, bo pokazują, że technologia dojrzała już do produkcji przemysłowej.

PAP: Jakie największe ogniwa można stworzyć w tej technologii?

O.M.: W naszej fabryce drukujemy moduły o powierzchni metra kwadratowego. Większe nie są chyba na razie potrzebne, bo te elementy można łączyć. Dzięki temu, że możemy drukować ogniwa w dowolnym kształcie, możemy na takim metrze stworzyć na przykład wiele pasków na żaluzje.

PAP: Są klienci na te produkty?

O.M.: Mamy potencjalnych klientów, ale na razie nie jesteśmy w stanie zaspokoić ich potrzeb. Dlatego budujemy większą fabrykę i dopracowujemy produkt, poprawiamy go po uwagach dotychczasowych użytkowników. Szukamy inwestorów, jesteśmy dobrze przygotowani pod naszą – mam nadzieję – ostatnią rundę inwestycyjną. Szukamy partnera na całe życie. Oferujemy mu certyfikowaną technologię sprawdzoną na linii produkcyjnej małej fabryki. To już nie tylko próbka uzyskana w laboratorium, tylko technologia z perspektywami.

Chcemy zbudować dużą fabrykę, która mogłaby dostarczyć komercyjne ilości ogniw, przynajmniej 700 tysięcy metrów kwadratowych rocznie. Wrocławska fabryka ma możliwość produkcji kilku tysięcy metrów kwadratowych, teraz ją rozbudowujemy, żeby zwiększyć nasze moce produkcyjne i w pełni zautomatyzować procesy na ostatnim etapie powstawania panelu. Zainteresowanie jest bardzo duże, o klientów się nie martwię.

PAP: A o co?

O.M.: Czy zdążymy szybko zwiększyć produkcję, dopracować produkt tak, żeby konkurencja nas nie prześcignęła. Prace nad ogniwami perowskitowymi trwają na całym świecie, bardzo dużo się inwestuje w tę technologię na przykład w Chinach. Na szczęście na folii w takiej skali jak my, jeszcze tego nikt nie robi, niektórzy produkują takie ogniwa na szkle.

PAP: Nazwała Pani firmę Saule – od imienia bałtyjskiej bogini słońca. To Pani pomysł?

O.M.: Chciałabym, ale mam w rodzinie mola książkowego, bardzo oczytaną osobę, która pomaga mi od pierwszych chwil. To ona podpowiedziała mi nazwę.

Rozmawiała w Valletcie Anna Bugajska (PAP)

bug/ agt/ amac/