Перовскит удешевит солнечную энергетику — как развивается альтернатива кремнию

Вероятность преобразовывать энергию солнца в электричество уже изменила энергетическую индустрия в глобальном масштабе. В прошедшем году более 90 гигаватт солнечных мощностей были установлены по всему миру, что эквивалентно общему производству электроэнергии всей Турции.

Тем не мение, исследователи считают, что в ближайшие годы солнечная энергия может стать еще более действенной и дешевой, чем на данный момент. В то время как значительное большинство современных фотоэлементов делаются из кремния, главным направлением для расширения потенциала отрасли становится применение новейших материалов для их производства.

Одним из более перспективных из них считается семейство кристаллов, узнаваемых как перовскиты (нареченные в честь русского геолога Льва Перовского). Некие перовскиты весьма хорошо поглощают свет: с их помощью ученым уже посчастливилось получить 22-процентную эффективность преобразования энергии, что приблизительно соответствует обычным кремниевым элементам.

К истинному времени свойства и КПД перовскитов затмили другие альтернативные солнечные матерьялы – например, сенсибилизированные красителем солнечные батареи (ячейки Гретцеля) или органические фотоэлементы. Все больше ученых делают оптимистичные прогнозы по поводу прогресса спецтехнологий солнечной энергетики на базе перовскитов, хотя в первый раз с этой целью их стали использовать не более 10 лет назад.

Совместно с тем, до сих пор существуют ряд суровых препятствий для массового внедрения перовскитов (сравнительно редкий для поверхности Земли минерал, титанат кальция) в коммерческие продукты. Так как кристаллы просто растворяются в воде, они обязаны быть защищены от воды с помощью герметичных стеклянных пластинок. Кроме того, хотя ученые и достигнули высокой эффективности с весьма маленькими перовскитными ячейками, им не посчастливилось получить таковой же эффект с более большими ячейками.

«Перовскиты, безусловно, не так размеренны, как кремний, — гласит Майкл МакГи, доктор материаловедения в Стэнфордском институте. — Так что – это главная неувязка. Другое дело в том, что перовскиты – совсем новая разработка, которая еще не масштабировалось и производственные фабрики пока не построены. Это займет некое время».

Ни одна компания не производит коммерческие перовскитовые солнечные элементы в широких масштабах, хотя одна из них – Oxford PV (подразделение Оксфордского института) – имеет экспериментальный цех по выпуску таких солнечных батарей в Германии.

Исследовательские центры и маленькие компании, изучающие перовскиты, на данный момент вступают борьбу за более высочайший уровень финансирования, сопоставимый с валютными вливаниями в кремниевые технологии.

«Сейчас трудно противостоять на равных кремнию или побеждать его, — разъясняет МакГи. — Причина в том, что у данной технологии уже конечно есть огромная экономия на масштабе».

В близкой перспективе одним из решений, предложенным доктором МакГи, является внедрение «тандемных» солнечных частей, в которых слой перовскита наносится поверх обычного кремния. Полупрозрачная перовскитная ячейка завоевывает определенные длины волн в видимом диапазоне света, позволяя пропускать остальные, которые потом утилизируются кремниевым элементом под ней.

Исследования команды Макги проявили, что тандемные фотоэлементы на 10% эффективнее, чем кремниевые аналоги. Это может стать открытием, которое позволит выйти новенькому материалу на рынок, где пока доминирует кремний.

С преодолением заморочек малого масштаба и стабильности, перовскитные фотоэлементы смогут перевернуть всю ветвь солнечной энергетики, так как они намного гораздо дешевле в производстве, чем кремниевые фотоэлементы. Кристаллы перовскита смогут быть получены при относительно низких температурах, в отличие от кремния (элемент четырнадцатой группы (по старой классификации — главной подгруппы четвёртой группы), третьего периода периодической системы химических элементов с атомным номером 14), коий требует большого количества тепла для производства полупроводниковой пластинки.

«Мы надеемся придти к одному пенни за ватт [1 пенни ≈ 1 цент]. Это и конечно есть цель сотворения таких солнечных батарей, — гласит Нитин Падтура, гендиректор Института молекулярных и наномасштабных нововведений в Университете Брауна. — Универсальность и объективной возможности этих материалов весьма захватывающи».