Массовое производство перовскитных солнечных панелей в 2020 году ученые из Оксфорда

Долгое время казалось, что в солнечной энергетике кремнию нет альтернатив, но потом появился перовскит – более дешевый материал, из которого к тому же можно делать гибкие солнечные элементы.Перовскитовые солнечные элементы могут быть дешевле, легче и производительнее, чем традиционные панели на основе кремния. Их можно крепить на окна, неровные поверхности и даже на транспорт, что открывает совершенно новые возможности для использования солнечной энергетики. Главная проблема на сегодняшний день состоит в том, чтобы повысить прочность перовскитовых фотоэлементов.

В прошлом году инженеры из Оксфорда зажгли лампу от тонкого солнечного элемента площадью около квадратного сантиметра. Фотоэлектрическая ячейка состояла из двух частей – нижняя была такая же, как в обычных кремниевых панелях, а верхняя была изготовлена из перовскита. Тандемная панель в лабораторных условиях показала конверсию солнечного света в электричество на уровне 28%, что является рекордом для перовскит-кремниевых элементов.Кремниевые солнечные панели доминируют на рыке (95% от общего объема продаж), но этот материал не идеален: он использует только красную и инфракрасную часть спектра и на практике редко демонстрирует эффективность выше 23%, хотя в теории может преобразовать в электричество до 29% потока фотонов.

Перовскит захватывает более широкий диапазон, а солнечные элементы из него можно изгибать и крепить на неровные поверхности.Компания Oxford PV планирует выпустить на рынок тандемные перовскит-кремниевые панели в конце следующего года, наладив их производство на купленном в 2016 году у компании Bosch Solar заводе в Германии.Читайте также: Гибкие солнечные элементы из перовскита послужат основой для «энергетического интернета»На протяжении почти десяти лет все попытки потеснить на рынке кремниевые панели новыми материалами закачивались либо полным крахом, либо отвоеванием небольших профильных ниш.

 

Однако в последние месяцы в стартапы по производству перовскитных солнечных элементов закачаны миллионы долларов с прицелом в скором времени раскачать этот негибкий рынок.

Принимая во внимание коммерческую перспективность перовскита, приходится признать, что этим солнечным элементам придется нагонять налаженное и резко подешевевшее производство кремниевых солнечных элементов. Глобальное снижение цен (почти вполовину) произошло в период с 2010 по 2013 год в результате экспансии китайских производителей. Теперь строительство новых заводов и организация логистических цепочек окажутся экономически оправданными только в том случае, если альтернативный материал будет производительней, дешевле в производстве, универсальным в применении или более стойким, — а лучше обладать всеми перечисленными достоинствами одновременно.

У перовскитовых элементов хорошие шансы на успех: однослойный элемент теоретически может выдать конверсию 33%, а тандемный – до 43%. Это означает, что с сопоставимой по площади тандемной генерирующей установки удастся получить почти в полтора раза больше чистой энергии, чем от кремниевой солнечной панели, или же платить за аренду земли меньше благодаря установке панели меньшей площади, но с сопоставимой производительностью.

Перовскитовые панели дешевле в производстве, в том числе благодаря низкотемпературной технологии. Кроме того, такие солнечные элементы можно изготовить в жидкой форме для нанесения на стекло или пластик по технологии, аналогичной печатному производству.Единственным, но критическим недостатком перовскита является его нестабильность: высокая конверсия экономически не оправдает себя, если элементы придется менять раз в несколько месяцев или даже лет, а перовскит, как доказано, распадается достаточно быстро под действием ультрафиолета и влаги.

Разработчики из Oxford PV планируют выводить тандемные перовскит-кремниевые элементы на рынок в коммерческом виде, приближенном к традиционным кремниевым панелям, пряча перовскитовый слой под стекло. В такой форме материал должен сохраниться дольше, однако одновременно будет утрачено важное коммерческое достоинство перовскитовых элементов – гибкость и возможность нанесения на разные поверхности.