В России сейчас работают над созданием солнечных батарей нового поколения на основе материала перовскит. Ученые из НИТУ «МИСиС» представили проект InPower — небольшие солнечные панели на стекле или пластике, с помощью которых можно заряжать различные гаджеты от офисного света.

Инженер лаборатории перспективной солнечной энергетики Данила Саранин рассказал «Снобу», почему перовскитные элементы лучше кремниевых, насколько экологично их производство и когда технология массово выйдет на рынок

2 октября 2020

источник: snob.ru

Ɔ. Солнечные панели традиционно производят на основе кремния. Почему ученые решили обратить внимание на другие материалы?

Кремниевой технологии уже больше пятидесяти лет, но она по-прежнему доступна не всем, хоть производство и сконцентрировано в Китае. Остальным развивающимся странам выгоднее использовать традиционные топливные виды энергоресурсов, а также атомную или гидроэнергетику — так конечный пользователь платит за электроэнергию меньше. Все упирается в экономику: производство кремниевых панелей — не только высокая технология, но еще и достаточно сложный и энергоемкий процесс. Поэтому ученые с конца 80-х годов начали думать, как сделать его дешевле. Сначала они пытались создать солнечные элементы на специальных материалах-красителях, потом их внимание привлекли органические полупроводники, но их КПД был не более 15%, тогда как у кремния — 20–25%. В 2010-х появился еще один материал — перовскит (название структуры молекулы, первоначально минерала — титаната кальция. — Прим. ред.), чей КПД в районе 20%, почти как у кремния, а стоимость производства в два раза меньше. Есть такой параметр, как окупаемость энергетических затрат (далее ОЭЗ. — Прим. ред.) — количество энергии, которое мы тратим на производство. Если у кремниевой панели ОЭЗ около порядка десяти лет, то у перовскитной — год. Снижение ОЭЗ возможно благодаря использованию менее энергозатратных процессов в производстве. Еще один плюс перовскитной панели — ее можно печатать на промышленных принтерах, например на стекле или гибкой подложке. Это значит, что такие солнечные панели будут интегрировать на поверхность любой кривизны: полностью закрывать ими фасад здания или делать из них витражи.

источник: snob.ru

Ɔ. Почему тогда перовскит до сих пор не заменил на рынке кремний?

Проблема в том, что пока такие панели живут не очень долго — около года, а кремниевую можно поставить на крышу и забыть о ней лет на 20, иногда чистя ее от грязи и снега. Тут сразу возникает вопрос: зачем мы этим тогда занимаемся? Срок работы панелей можно продлить. Те же органические светодиоды, которые сейчас используют в перспективных моделях смартфонов и телевизоров, сначала жили секунды, потом минуты, затем сотни часов. Теперь это коммерчески доступный продукт. Так будет и с перовскитными панелями. Кроме того, они лучше, чем кремниевые, преобразуют рассеянный свет в энергию. Кремний отлично работает, когда есть прямое солнце (например, на экваторе или в той же Калифорнии), но не во время пасмурной погоды или при офисном освещении. У перовскита ситуация обратная: при падении интенсивности света его эффективность не падает, а, наоборот, растет. Например, чтобы запитать Bluetooth-транслятор, нужна панель с площадью всего в 5 см2. Недавно мы разработали специальные прототипы для питания гаджетов от рассеянного света, выиграли с ними конкурс «Новаторы Москвы», а сейчас выходим на пилотный проект. Представьте, что скоро можно будет забыть о розетках и пауэрбанках — нужна будет лишь небольшая солнечная панелька, которую легко можно спрятать в карман или свернуть в рулон. Это самое перспективное направление в электронике, над которым работают тысячи ученых по всему миру.

источник: snob.ru

Ɔ. Насколько перовскитная технология дешевле?

Сейчас цена 1 м2 солнечной панели из кремния — около 40 долларов, а из перовскита — 20. В перовскитных элементах 40% от их стоимости — это затраты на подложку из стекла или пластика, плюс прозрачное проводящее покрытие, похожее на верхний слой экрана современного смартфона.

источник: snob.ru

Ɔ. Производство перовскитных панелей экологично?

Многие думают, что нужно отказаться от строительства АЭС, ГЭС и ТЭС и начать активно использовать солнечную энергию. Но это популизм. Это в Европе и США на домах устанавливают красивые солнечные батареи, а в Китае из-за их производства происходит неконтролируемый сброс жестких химикатов, кислот и прочих отходов в реки. Почему производства перенесли в Китай? В ЕС выше оплата труда и очень жесткое регулирование, которое не позволит сбрасывать в ту же Эльбу что попало. Возвращаясь к перовскитным панелям: в состав молекулы входит свинец, однако его содержание достаточно низкое, толщина всей структуры устройства — 1 микрометр, то есть тоньше человеческого волоса. Раньше в обычных шариковых ручках свинца было больше. Если правильно организовать процесс утилизации отходов, проблем с перовскитом не будет.

источник: snob.ru

Ɔ. У производителей есть интерес к технологии перовскитных панелей?

Перовскитные панели — это технология не завтрашнего дня, а сегодняшнего вечера. Крупный бизнес это понимает, поэтому охотно финансирует научные разработки. Думаю, что перовскит массово выйдет на рынок в течение ближайших пяти лет. Компании из Великобритании и Китая Oxford Photovoltaics и GSL анонсировали продажи таких панелей уже в следующем году. На Западе связь между университетами и бизнесом теснее, чем в России. У нас многое по-прежнему завязано на государство, но ситуация постепенно меняется. Если говорить о нашей лаборатории, то у нас есть контакты с крупным российским производителем солнечных модулей — компанией «Хевел». Сейчас мы продолжаем работу над прототипами, делаем ставку на маленькие солнечные элементы, с помощью которых можно будет питать гаджеты. Производитель, конечно, смотрит на научные статьи и патенты, но им нужна доведенная до ума технология, под которую можно построить завод и начать продажи.