Новые тонкопленочные солнечные панели вот-вот должны завоевать рынок. Предлагается технология как нанесения спрея, так и печати таких солнечных элементов. Разрабатываемые исследователями и небольшим числом компаний новые материалы для пленок предлагают более легкое и дешевое производство.
К примеру, Panasonic, Fujifilm, Statoil ASA и Legal & General Capital инвестируют в эти технологии, а эксперты по энергетике ожидают, что первые подобные панели начнут продаваться уже через пять-десять лет.
Наиболее перспективной из новых тонкопленочных технологий являются перовскитовые ячейки, названные в честь русского минералога Льва Перовского.
В отличие от фотоэлектрических кремниевых фотоэлементов, перовскитные ячейки растворимы во множестве растворителей, поэтому их можно легко распылить на поверхность, подобно чернилам или краскам. Это потенциально делает их намного дешевле в производстве и означает, что такая пленка может быть прикреплена к гибким материалам, открывая ряд новых возможностей.
Или их можно было бы печатать при помощи процесса, похожего на печать газет. В конце конвейера они будут выглядеть как тонкий рулон.
Что действительно заинтересовало людей в перовскитах, так это быстрое повышение эффективности, которое ученые-химики достигли в лабораториях. За семь лет они превратились из 3,8% в более чем 20%.
Эта цифра может показаться не очень впечатляющей, но традиционные солнечные ячейки на основе кремния, не смотря на десятилетние исследования, достигли только 24% или 25% эффективности в лаборатории и около 18% — в реальных условиях. Теоретический максимум составляет около 33%.
Но главная проблема перовскита связана с присущим материалу преимуществом — их растворимостью. Это, в сочетании с тепловой чувствительностью, означает, что ячейки не такие стабильные, как кремниевые. Вместо того, чтобы проработать 25 лет и более, они деградируют в течение нескольких месяцев или лет. Это, возможно, не имеет значения для применения в таких продуктах, как мобильные телефоны, но исключает технологию с крупного рынка солнечных электростанций.
Исследователи работают над улучшением стабильности материала или придумывают покрытия, которые будут инкапсулировать перовскит, но это может увеличить стоимость.
Другая проблема — утилизация. Перовскиты обычно содержат небольшое количество свинца.
Помимо перовскитов, органические фотоэлементы также могут быть напечатан в виде тонкой пленки на гибкой подложке. В этом случае, хотя световозбужденный слой делают из проводящих органических материалов, обычно полимеров.
Как и перовскиты, органические фотоэлементы имеют проблемы со стабильностью, и их эффективность всего около 13%. Но у них есть преимущества. Например, они не содержит токсичных элементов и могут быть спроектирован таким образом, чтобы быть прозрачным и окрашенными. Это означает, что они может быть модернизированы для использования в качестве окрашенного оконного покрытия.
Еще одним новым подходом являются так называемые квантовые точки, которые являются полупроводниковыми частицами, которые могут быть нанесены на поверхность. Технология еще далека от коммерциализации, но теоретическая работа команды Ван де Лагемата предполагает, что в сочетании с перовскитами могут быть созданы панели, эффективность которых составит 30%.