Новый минерал заменит кремний в солнечных панелях: они станут в разы дешевле и лучше

После десятилетнего застоя ученые наконец достигли прорыва в эффективности кестеритовых ячеек, что открывает возможности коммерческого применения, пишет Chemistry World.

Что такое кестерит и в чем его плюсы

Кестерит — это фотоэлектрический материал на основе меди, цинка, олова и серы/селена. Его главное преимущество заключается в составе. В отличие от других тонкопленочных технологий, таких как CIGS (в которой используется дефицитный и дорогой индий) или теллурид кадмия (где применяется токсичный кадмий), кестерит состоит из дешевых и безопасных элементов, распространенных в земной коре

Кроме того, он обладает превосходной химической и термической стабильностью, что остается слабым местом многих новых фотоэлектрических материалов, например, перовскитов. Эти особенности делают кестерит идеальным кандидатом на роль "народных" солнечных панелей — доступных и долговечных.

Главный вызов — низкая эффективность

Несмотря на все преимущества, кестерит долгое время оставался в тени из-за одной проблемы — низкой эффективности преобразования энергии (PCE). Почти десять лет рекорд для этого материала держался на отметке 12,6%, чего было недостаточно для коммерческой конкуренции.

Основная сложность заключалась в сложной кристаллической структуре. Из-за схожести ионов меди и цинка они часто менялись местами в кристаллической решетке, создавая дефекты, из-за которых терялась энергия. При этом обнаружить и количественно оценить эти дефекты существующими методами было практически невозможно, что сильно замедляло исследования.

Прорыв и перспективы

Недавние достижения в химии и материаловедении позволили совершить прорыв. Ученые разработали методы химической обработки с применением инновационных растворителей (в частности, 2-метоксиэтанола) и научились более точно контролировать процесс кристаллизации. Так они смогли подавить образование дефектов и повысить эффективность кестеритовых ячеек почти до 17%.

Эксперты уверены, что в ближайшие пять лет удастся достичь показателя в 20%, который считается порогом коммерческой жизнеспособности. Одно из самых перспективных направлений для кестерита — тандемные солнечные ячейки. Его можно наносить тонким слоем поверх традиционной кремниевой панели. Кестеритовый слой будет поглощать высокоэнергетическую часть солнечного спектра, а кремниевый — низкоэнергетическую, что значительно улучшает общую эффективность при минимальном удорожании.

Раньше Фокус писал, что надо знать, если решились на покупку дома с солнечными панелями. Они снижают расходы на электричество и делают хозяина менее зависимым от обычной сети. Казалось бы, можно сразу купить дом с уже установленными солнечными панелями. Но не все так просто.