Ученые из Высшего университета Окинавы по науке и технологиям (OIST) разработали новый метод изготовления недорогих высокоэффективных солнечных элементов. Ячейки были созданы с использованием материалов и соединений, которые имитируют кристаллическую структуру встречающегося в природе минерального перовскита.
Солнечная энергия отличный способ избавиться от зависимости от ископаемого топлива, но технологии преобразования солнечной энергии в электричество должны быть не только эффективными, но и недорогими.
Ученые из отдела по энергетическим материалам и Высшем университете науки и технологий Окинавы (OIST) считают, что они создали идеальную формулу в новом методе изготовления недорогих высокоэффективных солнечных элементов.
Профессор Ябинг Ци и его команда из OIST в сотрудничестве с профессором Шэнчжун Лю из Шэньсиского педагогического университета в Китае разработали солнечные ячейки, используя материалы и соединения, которые имитируют кристаллическую структуру встречающегося в природе минерального перовскита.
В том, что профессор Ци называют «золотым треугольником», технологии солнечных батарей должны соблюсти три условия, которые помогут сделать их массовыми: их коэффициент конверсии солнечного света в электричество должен быть высоким, они должны быть недорогими для производства, и они должны иметь длительный срок службы.
Сегодня большинство коммерческих солнечных элементов изготовлены из кристаллического кремния, который имеет относительно высокую эффективность около 22%. Хотя кремний, сырье для этих солнечных батарей, встречается в изобилии, его обработка сложная и дорогая, что конечный продукт недешевым.
Профессор Ци говорит, что перовскиты предлагают более доступное решение. Перовскит впервые был использован для создания солнечных батарей в 2009 году исследовательской группой профессора Цутому Миясаки в Тоинском университете Йокогамы, Япония, и с тех пор он быстро приобретает все большее значение.
— Исследования по перовскитовым ячейкам очень перспективны: всего за 9 лет эффективность этих ячеек повысилась с 3,8% до 23,3%. Другим технологиям потребовалось более 30 лет исследований, чтобы достичь того же уровня, — пояснил профессор Ци.
Метод изготовления, который он и его исследовательская группа разработали, производит перовскитовые солнечные элементы с эффективностью, сравнимой с кристаллическими кремниевыми ячейками, но она потенциально намного дешевле, чем кремниевые солнечные элементы.
Для создания новых клеток исследователи покрывали прозрачные проводящие подложки пленками перовскита, которые очень эффективно поглощают солнечный свет. Они использовали метод газовой твердой реакции, в котором подложку сначала покрывали слоем триодарида водорода, содержащего небольшое количество ионов хлора и метиламинового газа, что позволяет им воспроизводить крупные однородные панели, каждая из которых состоит из нескольких солнечных батарей.
При разработке метода ученые поняли, что создание слоя перовскита толщиной всего 1 микрон значительно увеличивает срок службы солнечного элемента.
— Солнечные элементы почти не изменились после работы в течение 800 часов, — отметил профессор Шэнчжун Лю.
Кроме того, более толстое покрытие не только повысило стабильность солнечных элементов.
Пока что проблемой остается увеличение размера их недавно разработанного солнечного элемента от прототипа размера 0,1 квадратного миллиметра до больших панелей коммерческого размера.
Однако команда уже построила рабочую модель своих новых перовскитовых солнечных модулей, состоящих из нескольких солнечных элементов на подложках 5 см × 5 см, с активной площадью 12 квадратных сантиметров. Несмотря на то, что процесс масштабирования снизил эффективность клеток с 20% до 15%, исследователи настроены очень оптимистично.