Согласно недавнему исследованию ученых из Брауновского университета в сотрудничестве с Университетом Небраски в Линкольне, новый материал, называемый бромидом цезия титана, может заменить вредный свинец в определенном типе солнечных батарей. Это позволит создавать экологически устойчивые и более безопасные солнечные элементы, которые будут более доступными и найдут более широкое применение.
Новые солнечные элементы примерно в 1000 раз тоньше, чем кремниевые солнечные элементы, отмпетил Нитин Падтур, соавтор исследования, профессор инженерных наук и директор Института молекулярных и наноразмерных инноваций.
— Эти тонкие пленки можно сделать гибкими. Если вы попытаетесь согнуть кремниевую пластину, она треснет. Но когда пленка настолько тонкая, она может быть гибкой, поэтому вы можете разместить ее на палатке для кемпинга, или рюкзаке, или одежде или зонтике , — рассказал Падтур.
По данным Американского общества керамики, исследователи сосредоточили внимание на солнечных батареях на основе перовскита, материала с кристаллической структурой, что позволяет повысить удельную электропроводность, снизить стоимость и улучшить свойства солнечных элементов. Исследование показало, что свинцовые перовскитные панели токсичны для окружающей среды, но новый материал обеспечивает менее токсичную альтернативу.
— Перовскитовые солнечные элементы также содержат органическую молекулу в кристаллической структуре, которая на самом деле помогает ей быть хорошим поглотителем, — сказал Падтур.
Наличие этой молекулы и свинца делает «хороший» солнечный элемент, но молекула летучая вне лаборатории, а свинец токсичен.
В 2009 году эта новая технология перовскитовых солнечных элементов закрепилась, и хотя эффективность в начале разработки составляла всего 4%, в последнее время ячейки достигли нового показателя эффективности около 23% при более низкой цене. Падтура.
— Причина, по которой эти солнечные элементы настолько эффективны, состоит в том, что они содержат свинец, а свинец помогает поглощать свет. Наша цель — не заменять кремниевые солнечные элементы. Мы хотим повысить эффективность, — отметил Мин Чен, соавтор исследования.
По словам Падтура, тандемные клетки могут быть образованы путем объединения перовскитных и кремниевых технологий. Этот процесс повышает общую эффективность солнечного элемента, поскольку каждый тип поглощает определенные спектры солнечного света. То есть перовскит можно настроить на поглощение дополнительной части солнечного спектра, который кремний не поглощает.
Кремний нужно расплавить при температуре 1500 градусов Цельсия, в то время как новые материалы нужно только нагревать от 100 до 200 градусов Цельсия, поэтому можно сэкономить огромное количество энергии.
— Существует множество других затрат на использование дешевых токсичных материалов, поэтому вам необходимо предпринять специальные шаги для защиты рабочих и окружающей среды. В общем, дешевые токсичные материалы не имеют хорошего экономического смысла, — заключил Падтур.