Перевернули світ сонячних технологій: учені розкрили, у чому секрет нового елемента

Традиційні фотоелектричні елементи з кремнію поступаються перовскітним за ефективністю, гнучкістю та безпекою, хоча мають свої недоліки.

Перовскіт привертає багато уваги у сфері сонячної енергетики, оскільки обіцяє значно збільшити ефективність панелей. Vattenfall, один з найбільших постачальників електрики і тепла в Європі, пояснив, чому цей матеріал такий важливий, посилаючись на вчених.

Перовськіт належить до класу матеріалів, які мають певну кристалічну структуру, названу на честь мінералу перовськіта, відкритого в Уральських горах російським ученим Львом Перовським. Хімічно вони часто складаються зі сполук, які об'єднують органічні молекули, метали (такі як свинець або олово) і галогеніди (хлор, бром або йод).

У фотоелектричних елементах сьогодні використовують синтетичні перовськіти, вперше описані 1970 року. Вони здатні ефективно поглинати світло і перетворювати його на електрику. Перовськіт гнучкий, легкий і може бути виготовлений з використанням менш енергоємних процесів, ніж традиційні кремнієві сонячні елементи. Перовскітні панелі можна зробити тонкими (до 500 нанометрів) і напівпрозорими, наприклад, щоб ставити замість вікон.

В Японії вчені та уряд сподіваються, що перовскіт може збільшити виробництво енергії в країні. Британські вчені в Оксфорді вивчають використання крихітних перовскітних сонячних елементів у невеликих електричних пристроях. Різні науково-дослідні інститути повідомляють про більш ніж 26-відсоткову ефективність перовскітних сонячних елементів.

В Університеті Лінчепінга у Швеції професор Фен Гао очолює дослідницьку групу, що займається органічними і перовскітними напівпровідниками. Він пояснив виданню THE EDIT, що перовскітні сонячні елементи — недорогі і прості у виготовленні, при цьому забезпечують високу ефективність перетворення енергії. Їх також можна фарбувати в різні кольори, що вигідно для вбудованих у будівлі фотоелектричних систем з естетичних причин. Крім того, з перовскітів можна робити гнучкі панелі для кріплення до різних типів поверхонь.

Щоб добути енергію для виробництва перовскітних сонячних елементів, потрібно всього кілька місяців, а для кремнієвих — понад рік. Їх можна об'єднувати з іншими сонячними елементами для створення тандемних, щоб ще більше збільшити продуктивність.

За словами Фен Гао, у його команди є термінові новини про перовскіт, як матеріал для "зеленої" енергетики — результати будуть опубліковані у великому науковому журналі Nature. Вони показують, що можна переробляти всі компоненти з деградованих перовскітних сонячних елементів, використовуючи нешкідливі розчинники.

"Нові перовскітні сонячні елементи, виготовлені з перероблених, забезпечують таку ж високу ефективність перетворення енергії, як і виготовлені зі свіжих матеріалів. Ми навіть можемо повторювати цей процес переробки кілька разів", — заявив професор.

Герріт Бошлоо, професор кафедри хімії в Університеті Уппсали у Швеції, — ще один учений, який цікавиться цим матеріалом. Його кафедра використовує перовскіт у низці проєктів з 2012 року. Для Бошлоо найбільший потенціал перовскіту лежить на його незвіданій території. Хоча ми точно знаємо, де перебуваємо зі звичайними кремнієвими сонячними елементами, можливості перовскіту здаються безмежними.

"Кремнієві сонячні елементи працюють задовільно, але ми довели їх до межі. Перовскіт може бути ще кращим і ефективнішим. Для мене, як для вченого, це хвилююче", — каже Герріт Бошлоо.

Перовскіт має і свої недоліки. Кремнієві сонячні елементи працюють надійно і передбачувано, перовскітні ж менш стабільні і швидше деградують, що значно скорочує термін служби. Для виробництва в багатьох випадках потрібен свинець, що може призвести до проблем зі здоров'ям людей і забрудненням навколишнього середовища.