Японские исследователи устранили фундаментальный недостаток перовскитных модулей для солнечных панелей. Новая технология напыления позволила создать не только стабильные, но и большие ячейки. Это как раз то, чего не хватало для начала массового производства.
Перовскиты считаются крайне перспективными материалами для солнечной энергетики и фотокатализа, и их исследованиями занимаются сотни команд по всему миру. Это потенциально недорогое и очень эффективное решение для чистой энергетики. Но главной проблемой остается создание технологии для промышленного производства перовскитных панелей — больших, долговечных и стабильных от партии к партии. Часто выдающиеся по характеристикам ячейки нестабильны, а ветер и дождь быстро приводят их в негодность.
Японские ученые из Окинавского института науки и технологии утверждают, что решили сразу две этих проблемы.
Для начала они подтвердили предположение о том, что срок жизни перовскитов сокращает один из самых популярных материалов для создания модулей — диоксид титана. Замену ему найти можно — и японцы использовали диоксид олова, который даже лучше проводит электричество.
Но чтобы собрать перовскитную ячейку на его основе, пришлось придумать и новую технологию.
Перовскитные солнечные панели обычно «собирают» в виде слоев. Первый — из перовскита — улавливает фотоны и генерирует электроны. Под ним расположен токопроводящий слой, который направляет поток электронов. Его обычно и делают из диоксида титана.
Диоксид олова до настоящего момента использовать в качестве токопроводящего слоя удавалось лишь в образцах минимального размера в лабораториях.
Для создания своего модуля исследователи использовали промышленную технологию осаждения распылением. Точный контроль за скоростью напыления и процессом осаждения позволил создать на подложке из диоксида олова идеально гладкую перовскитную поверхность. КПД такой панели — свыше 20%.
В первых опытах перовскитная ячейка с диоксидом олова продемонстрировала в три раза большую «живучесть», чем привычные решения с применением диоксида титана.
А чтобы показать, как легко масштабировать технологию, ученые «напылили» перовскитную панель размером пять на пять сантиметров. Ее КПД составил 12%.
Ученые продолжают исследования в двух направлениях. Во-первых, это масштабирование технологии. Во-вторых, создание перовскитных панелей с разными свойствами — например, гибких или прозрачных — и их интеграция. Если опыты увенчаются успехом, генерировать электричество будет множество привычных поверхностей — окна, занавески, рюкзаки или пауэрпаки, которые никогда не надо заряжать от розетки.
На днях ученые из соседней Южной Кореи добились прорыва в производстве еще одного вида перспективных перовскитных панелей — без вредного свинца. По сравнению с обычным жидким электролитом показатель плотности фототока возрос почти на 80%.
Эксперты предрекают солнечной энергетике безоблачное будущее. Однако чтобы технология стала по-настоящему эффективной, необходимо снизить стоимость солнечных панелей, увеличив их эффективность. Ученым из Японии и Китая впервые удалось получить перовскитный солнечный модуль, который дешевле кремниевых.
