Дэвиду Муру достаточно нанести дешевой кистью из магазина особую желтоватую жидкость на специально подготовленный кусок стекла размером с полдоллара – и сразу появляется новый перовскитовый солнечный элемент. Детали приведены в отчете IDTechEx о Perovskite Photovoltaics 2018-20208 и Smart City Opportunities Infrastructure, Systems, Materials 2019-2029 .
По словам Джозефа Берри, старшего научного сотрудника Лаборатории национальной возобновляемой энергии Министерства энергетики США (NREL), пока не существует другой подобной технологии.
Мур, научный сотрудник NREL, изучает быстросохнущие растворители для разработки перовскитовых красок, которые могли бы привести к коммерциализации перовскитовых технологий. Это нововведение может заменить наиболее распространенный метод изготовления таких солнечных элементов в лаборатории: осаждение капель химикатов на стеклянной подложке.
Кремниевая технология производства фотопанелей, самых популярных во всем мире, опирается на химический элемент, нагретый до температуры плавления, и это только начало процесса.
Однако солнечный элемент, изготовленный из перовскита, мог бы быть более недорогим и высокоэффективным. Но он пока хорош лишь в лаборатории.
Поэтому исследователи NREL приложили все усилия, чтобы развить идею превращения солнечных батарей в рулоны. Такие фотопанели можно было бы изготавливать так же, как обычные газеты, при этом перовскитовые чернила могут быть нанесены на гибкое стекло. Однако для достижения этой цели потребуется краска с правильной формулой.
Первый тестовый образец генерировал 100 милливольт, а усовершенствование этого процесса дало уже 650 милливольт.
Пока эти окрашенные солнечные элементы малы и не производят много энергии, но они представляют собой важный шаг на пути к производству 25 тераватт – именно столько нашей планете понадобится в ближайшие 30-50 лет, поскольку население продолжает расти.
Малое количество электронов означает низкую эффективность. Но получение большего количества движущихся электронов повышает эффективность, при этом энергия теряется в виде тепла. Поэтому улучшение работы перовскитов требует корректировки состава материала.
Перовскиты, сделанные в NREL, созданы из иодида метиламмония и йодида свинца — для получения трииодида метиламония. Активация большего количества электронов требует добавления бромида. Достижение другого сегмента спектра требует замены некоторого количества свинца на олово.
Чтобы сделать перовскитовые чернила, активные ингредиенты, которые в конечном итоге образуют пленку на субстрате, должны быть объединены. Это нередко требует более сложной обработки, включая добавление антирастворителя для завершения процесса.
Также есть и другой тип чернил, разработанный Ван Хестом, также необходим для работы перовскитовой солнечной батареи. Его металлические чернила позволяют наносить контактные слои на стеклянную основу. Без контактного слоя из диоксида титана в этом случае электронам некуда было бы идти.
Однако солнечной краске еще далеко до коммерческого продукта. Существует проблема применения достаточно токсичного свинца.