Созданы перовскитные солнечные элементы с эффективностью кремниевых

Солнечная энергия долгие годы считается наиболее перспективной заменой ископаемому топливу, но для масштабного перехода на нее, технология преобразования светового излучения в электричество должна быть максимально производительной и сравнительно недорогой.

Ученые с кафедры энергетических материалов из Университета Окинавы (OIST) уверены, что нашли инновационный способ создания именно таких – высокоэффективных и дешевых солнечных батарей.

Профессор Ябинг Ци и его команда из OIST в сотрудничестве с преподавателем Шэнчжун Лю из Шэньсиского университета (Китай) используя материалы и их соединения, которые полностью повторяют кристаллическую структуру природного перовскита, создали экспериментальный фотоэлемент. Результаты исследований были опубликованы в рецензируемом научном журнале Nature Communications.

В новых солнечных элементах исследователи выделили три основных качества: высокая конверсия световой энергии в электричество, относительно недорогой процесс изготовления и повышенный срок эксплуатации.

Сегодня большинство продаваемых батарей изготовлены из кристаллического кремния, который имеет сравнительно высокую эффективность - около 22%. Хотя кремния в природе в изобилии, обработка его сложна и трудоемка. Это делает конечный продукт дорогим.

Профессор Ци заявил, что его команда предложила более доступное решение. Их метод изготовления позволяет выпускать перовскитные элементы с эффективностью, такой как у кристаллических кремниевых элементов.

«Изыскания в области перовскитных солнечных ячеек очень перспективны: всего за девять лет их эффективность возросла с 3,8% до 23,3%. На развитие до такого уровня других технологий ушло более 30 лет исследований», - объясняет профессор Ци.

При создании нового фотоэлемента применяется метод химической реакции. Прозрачные проводящие подложки покрываются пленкой перовскита, которая очень хорошо поглощает солнечный свет. Затем полуфабрикат покрывается слоем триода, содержащим водород, с примесью ионов хлора и метиламинового газа.

Слой перовскита, наносимый на подложку, имеет толщину 1 микрон. Толстое покрытие повышает стабильность материала, а также удешевляет процесс его изготовления - ключевое преимущество для массового производства в реалистичных промышленных масштабах.

Для дальнейшего создания коммерческого образца Центр развития технологий и инноваций в рамках программы «Концепция» выделил ученым грант. Дополнительное финансирование дало возможность построить рабочую модель перовскитных солнечных модулей, состоящих из нескольких элементов на подложках размером 5 см × 5 см с площадью поверхности 12 см2 - намного большей, чем их экспериментальный прототип, но меньшей, чем требуется для промышленного производства.

Несмотря на то, что процесс масштабирования уменьшил эффективность этих солнечных элементов с 20% до 15%, ученые весьма оптимистичны в своих прогнозах – по их словам готовый коммерческий продукт может выйти на рынок в ближайшие несколько лет.