Команда вчених зі Стенфордського університету розробила технологію виробництва фотоелементів з перовськіту і складання їх у сонячні модулі. За словами розробників, це нова віха в сонячній енергетиці - сонячні батареї з перовськіту можна виробляти набагато дешевше і в чотири рази швидше ніж звичайні кремнієві панелі.
Більшість сучасних сонячних батарей виготовляють з кремнію, який перетворює сонячне світло в електрику. На жаль, процес очищення кремнію зовсім нечистий - він вимагає величезної кількості енергії від електростанцій, що забруднюють атмосферу вуглекислим газом. У кремнію є й екологічна альтернатива - тонкоплівковий перовськіт - недорогий і гнучкий матеріал, який можна виробляти з мінімальними витратами енергії та практично без викидів CO2. Однак, перш ніж відмовлятися від кремнію, необхідно підвищити стабільність перовськітів та спростити процес їх виробництва.
Перовськітні сонячні елементи являють собою тонкі синтетичні кристалічні плівки, які виготовлені з дешевих та широко поширених хімічних речовин, таких як йод, вуглець та свинець. Вони легкі, гнучкі і їх можна вирощувати в лабораторіях при температурі кипіння води - набагато нижче, ніж ті 1650°C, які потрібні для очищення від домішок промислового кремнію.
Вже існують експериментальні зразки фотоелементів з перовськіта, які видають ККД 25%, однак спроби створити сонячні батареї більшої площі призводять до зниження стабільності та ефективності. І на відміну від жорстких кремнієвих елементів, термін служби яких становить від 20 до 30 років, тонкоплівковий перовськіт швидко руйнується під впливом тепла та вологи.
Для того, щоб розв'язати проблему великомасштабного виробництва, вчені зі Стенфорда розробили та запатентували технологію, яка називається плазмовою обробкою зі швидким напиленням. Роботизований пристрій з двома соплами швидко створює тонкі плівки перовськіту - одне сопло покриває скляну поверхню рідким розчином хімічного попередника перовськіту, друге вистрілює іонізованим газом.
Використовуючи технологію швидкого напилення, вчені зі Стенфорда змогла виготовити 12 метрів перовськітної плівки за хвилину - це приблизно в чотири рази швидше, ніж при виробництві кремнієвих фотоелементів. До того ж до високої швидкості виробництва, ефективність перетворення енергії нової пластини з перовськіту склала 18%.
За підрахунками розробників, такі перовськітові модулі можна буде виробляти за ціною 25 центів за квадратний фут - набагато дешевше, ніж $2,5 або близько того за звичайний кремнієвий модуль. Це означає що 1 м2 перовськітних сонячних модулів буде коштувати при масовому виробництві в районі $2,75, а це майже в 10 разів дешевше кремнієвих сонячних батарей.
Перовськітний сонячний модуль вироблений за допомогою технології швидкого напилення. @Nick Rolston
Кремнієві сонячні елементи зазвичай з'єднуються в герметичні модулі для збільшення вихідної потужності та стійкості до суворих погодних умов. Виробники перовськітних сонячних батарей теж повинні будуть створювати стабільні та ефективні модулі, щоб вони були комерційно життєздатними. І інженерам зі Стенфорда схоже це вдалося - створені ними модулі пропрацювали п'ять місяців з ефективністю 15,5%.
Але щоб конкурувати з кремнієм, перовськітні модулі повинні працювати як мінімум десятиліття. І зараз дослідницька група вивчає нові технології інкапсуляції та інші способи значного підвищення довговічності розроблених ними модулів.
«Якщо ми зможемо створити перовськітний сонячний модуль, який прослужить 30 років, ми зможемо знизити вартість електроенергії нижче 2 центів за кіловат-годину. При такій ціні ми могли б використовувати перовськіт для виробництва енергії в глобальних масштабах, будуючи, наприклад, сонячні ферми потужністю по 100 мегаватів», - заявив керівник дослідження Нік Ролстон.
Нагадаємо, що американські вчені розробили багатошаровий матеріал на основі перовськіта, який дозволить подолати головні перешкоди на шляху до масового виробництва більш ефективних сонячних панелей. Новий тип матеріалу наступного покоління усуває необхідність використання свинцю, що є основною перешкодою для цієї технології.
За матеріалами: Stanford University
