Шанс для российской возобновляемой энергетики

Наука и технологии / ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ Российские ученые создали свой вариант прорывной технологии в области фотовольтаики
Иллюстрация: КОНСТАНТИН БАТЫНКОВ

Сфера возобновляемой энергетики приковывает все больше внимания. Особые надежды возлагаются на фотовольтаику — использование энергии Солнца. Ученые из Сколтеха, Института проблем химической физики РАН и МГУ под руководством Павла Трошина, профессора Центра электрохимического запасания энергии, создали свой вариант прорывной технологии — неорганические перовскитные солнечные батареи. Эта технология, выводящая возобновляемую энергетику на новый уровень, уже вызвала ажиотаж на мировом рынке производителей солнечных батарей.

Перовскитами принято называть обширный класс материалов, имеющих тот же тип кристаллической решетки, что и одноименный минерал, получивший свое название в честь российского деятеля Льва Перовского. Перовскиты на основе галогенида свинца не встречаются в природе и впервые получены в лаборатории. Благодаря особому строению своей кристаллической решетки перовскиты — фактически идеальные полупроводники, превосходящие по свойствам даже кремний.

Солнечные батареи, предложенные российскими учеными, дают высокий КПД преобразования света в электричество — 10,5%, причем со значительным потенциалом для дальнейшего увеличения. КПД более привычных кремниевых панелей составляет 18%, но производство и, следовательно, стоимость перовскитных солнечных батарей в несколько раз ниже, чем кремниевых панелей, благодаря использованию жидкостной технологии нанесения — рулонной печати. По этой технологии за одну минуту даже на пилотной линии можно производить до 900 кв. м солнечных батарей.

До недавнего времени ученые разрабатывали гибридные — органо-неорганические — перовскитные батареи. Но гибридные материалы легко подвергаются разложению, что сокращает срок их службы. Наиболее эффективным подходом к созданию стабильных перовскитных материалов представляется полная замена органических катионов (метиламмония, формамидиния) на неорганические. Однако эффективность солнечных батарей на основе неорганических перовскитных материалов долгое время оставалась невысокой по сравнению с их гибридными аналогами. Например, солнечные батареи на основе пленок CsPbI3, полученных осаждением из раствора, показали эффективность преобразования света всего 2–3%. Неорганический перовскит, выращенный учеными Сколтеха путем вакуумного соосаждения йодидов свинца и цезия, обладает более высокой стабильностью, чем предыдущие варианты, и, соответственно, более высокой эффективностью.

Перовскитные солнечные элементы относятся к третьему поколению солнечных элементов наряду с полимерными устройствами, ячейками Гретцеля, батареями на основе квантовых точек и др. Они представляют собой класс еще только развивающихся технологий фотовольтаики Emerging photovoltaics. Их отличие от предыдущих поколений состоит в том, что используются новые материалы — полимерные гибридные и двумерные полупроводники, свойства которых значительно отличаются от уже классических полупроводников, таких как кремний или арсенид галлия.

Прорыв четвертого уровня

По словам Даниила Саранина, инженера центра энерг