Перовскитные солнечные батареи на замену кремнию

Перовскитные солнечные батареи на замену кремнию

Использование энергии солнца, чрезвычайно мощного потенциала Вселенной, рассматривается учёными главной целью обеспечения Земли устойчивым энергоснабжением. Световая энергия преобразуется непосредственно в электричество при помощи уже изобретённых устройств — солнечных батарей. Сейчас (2018 год) большая часть солнечных панелей изготовлена на основе кремния. Элемент 14 группы – кремний, эффективно поглощает свет. Но производство кремниевых панелей обходится крайне дорого.

Перовскитная структура панелей

Учёные мира уже достаточно длительное время работают над альтернативой кремнию – изготовлением структуры панелей солнечных батарей из перовскита. Редкий минерал – титанат кальция (CaTiO3) – он же перовскит, содержит:

  • кальций,
  • титан,
  • кислород.

Все элементы распределяются в определенной молекулярной структуре. Материалы с подобной кристаллической структурой называются перовскитными структурами.

Выступая в качестве светособирающего активного слоя фотовольтаической панели, перовскитные структуры (perovskite solar cells) работают идеально. Эффективно поглощают свет солнца, но при этом обходятся производителям дешевле кремния.

Перовскитные фотовольтаические панели интегрируются в систему батарей достаточно легко и требуют относительно простого оборудования.

Так, перовскиты в фотовольтаике попросту растворяют растворителем и распыляют непосредственно на подложку.

Материалы, изготовленные из перовскитных структур, выглядят потенциально революционными устройствами солнечных элементов. Однако есть и серьезный недостаток: при нагревании отмечается нестабильность функционирования.

Технология производства совершенного перовскита

Не так давно перовскит стал целью исследований группы учёных OIST, возглавляемой профессором Ябином Ци (Yabing Qi). Представители Университета Окинавы разработали устройства, где используется совершенно новый материал перовскита.

Структура отличается стабильностью, эффективным действием и относительно дешевым производством. Похоже, японским специалистам удалось создать инновационный элемент фотоволтаических батарей завтрашнего дня. Разработка подробно опубликована на страницах журнала «Усовершенствованные энергетические материалы».

Созданный прототип имеет три ключевых особенности:

  1. Новинка полностью неорганична – это важный момент, поскольку органические компоненты, как правило, показывают слабую термостабильность и деградируют под действием тепла. Поскольку солнечные элементы сильно греются на солнце, высокая стабильность тепла имеет решающее значение. Заменяя органические части неорганическими материалами, исследователи сделали перовскитные элементы более стабильными.
  2. Полностью неорганические перовскитные фотовольтаические панели обладают более низким поглощением света, чем органическо-неорганические гибриды. В этом заключается вторая особенность. Исследователи OIST допировали созданные ячейки марганцем, чтобы улучшить производительность. Марганец изменяет кристаллическую структуру материала, повышает способность собирать свет.
  3. Электроды конструкции панели, предназначенные переносить ток от ячеек на внешние проводники, сделаны из углерода. Обычно электроды делают золотыми. Углеродные электроды значительно дешевле. Их легче производить – по сути, просто напечатать непосредственно на солнечных элементах.

Между тем, учёным предстоит ещё решить ряд проблем, прежде чем перовскитные панели солнечных батарей приобретут коммерческую привлекательность, подобно кремниевым аналогам.

Проблема долговечности перовскита

Долговечность перовскитовых элементов ограничивается 1-2 годами, тогда как практика применения кремниевых аналогов показывает длительность работы до 20 лет.

Учёные продолжают работать над эффективностью и долговечностью новых ячеек. Попутно разрабатывается процесс изготовления в коммерческих масштабах.

Учитывая, насколько скоро эта технология развилась с момента появления перовскитного солнечного элемента (2009 год), будущее новых ячеек панелей солнечных батарей выглядит многообещающим.


На основе материалов: OIST


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *