Россия и США совместно разработали солнечную батарею нового типа

Международная исследовательская группа, образованная Московским институтом стали и сплавов (МИСиС) и Университетом Техаса в Далласе, разработала технологию изготовления солнечных батарей на основе перовскита. По сравнению с традиционными солнечными батареями на основе кремния, эффективность фотоэлектрического преобразования тонкопленочных солнечных элементов из перовскита гораздо выше, а себестоимость ниже. По мнению исследователей, легкие, гибкие и недорогие солнечные батареи из перовскита в будущем в широком масштабе заменят кремниевые солнечные элементы.

Исследования по солнечным батареям на кремнии начались в середине XX века. Недостатки существующей технологии заключаются в энергоемкости и токсичности производства кремния, что в результате приводит к дороговизне этого процесса. Кремний характеризуется плохой гибкостью, хрупкостью и большой массой панелей, что сильно сокращает область его использования. Солнечные батареи на основе металло-органических перовскитов много обещают в решении данной проблемы.

В процессе нового исследования ученые создали прототип тандемного устройства, сочетающего в себе фотоэлектрические элементы и углеродные нанотрубки. Многослойное тандемное устройство соединяет элементы из перовскита с традиционными солнечными элементами из кремния, преобразовывая весь спектр видимого излучения солнечного света в электроэнергию. Этот новый механизм преобразования солнечной энергии в электрическую позволяет повысить эффективность батарей на 15%.

Руководитель проекта, ведущий эксперт Центра энергоэффективности Национального исследовательского технологического университета «МИСиС», профессор Университета Техаса в Далласе Анвар Захидов сказал: «Главным преимуществом гибридных перовскитов является простота их получения из обычных солей металлов и промышленных химических органических соединений, а не из дорогих и редких элементов, используемых в высокоэффективных полупроводниковых аналогах, таких, как солнечные батареи на основе кремния и арсенида галлия. Не менее важно, что материалы на основе перовскита могут быть использованы для печати фотоэлектроники не только на стекло, но и на другие материалы и поверхности. Это делает батареи гораздо дешевле, чем при более сложных способах получения тонкопленочных солнечных элементов».

Активные слои этих тонкопленочных солнечных элементов из перовскита можно наносить на тонкие и гибкие подложки. Благодаря технологии «Roll to roll» можно размещать солнечные батареи на поверхностях любой кривизны. Таким образом, область использования таких солнечных элементов значительно возрастает по сравнению с традиционными солнечными батареями на основе кремния, например, это портативные электронные устройства, бытовая техника, технологии «умный дом» и т. д., гарантия подачи электроэнергии в дома, квартиры и для автопромышленности.

В настоящее время стоимость квадратного метра перовскитных солнечных панелей не превышает 100 долларов, в то время как стоимость квадратного метра самых дорогих кремниевых солнечных батарей ¬— 300 долларов. При массовом производстве разница в цене станет трехкратной. Ввиду экологичности, высокого качества по умеренной цене, дешевое производство устройств нового типа сможет значительно сократить использование традиционных источников энергии.