Команда исследователей из Гельмгольц-центра Берлина (HZB) установила новый мировой рекорд эффективности для солнечных элементов, созданных на основе комбинации CIGS (медно-индий-галлий-селенидных) материалов и перовскитов. Они достигли эффективности преобразования солнечной энергии на уровне 24,6%, что открывает новые горизонты развития солнечной энергетики. Этот результат подтверждает потенциал использования многослойных солнечных элементов, способных работать более эффективно, чем традиционные кремниевые технологии.
Почему именно CIGS и перовскиты?
CIGS (медно-индий-галлий-селенид) – это тонкопленочный материал, который уже давно используется в солнечной энергетике. Он популярен благодаря своему высокому коэффициенту поглощения света и возможности производить гибкие солнечные панели.
Перовскитные солнечные элементы являются относительно новой технологией, но они показывают впечатляющие результаты благодаря их способности эффективно поглощать свет и преобразовывать его в электричество. Более того, перовскиты обрабатываются при низкой температуре, что снижает углеродный след их производства.
Идея сочетания CIGS и перовскитов заключается в их взаимодополняющих свойствах:
• Перовскиты лучше поглощают коротковолновую часть солнечного спектра.
• CIGS эффективно преобразует длинноволновую часть (инфракрасное излучение).
Сочетание этих материалов в тандемной структуре позволяет максимизировать использование солнечного света.
Технические достижения команды из HZB
Гельмгольц-центр Берлина использовал передовые технологии для достижения мирового рекорда:
• Разделение спектров света. В тандемных солнечных элементах верхний слой из перовскита поглощает коротковолновый свет, пропуская длинноволновое излучение к слою CIGS. Это позволяет эффективно преобразовать разные части солнечной энергии.
• Идеальная структура элементов. Исследователи улучшили структуру солнечных батарей, минимизируя дефекты в перовскитовом слое и усовершенствовав границу между слоями.
• Применение тонкого слоя материалов. Это позволило снизить затраты материала и одновременно улучшить эффективность.
• Рекордная эффективность. Полностью рабочий солнечный элемент достиг эффективности 24,6%, став новой планкой в области тандемных технологий на основе CIGS и перовскита.
Перспективы реализации CIGS
По словам профессора Рутгера Шлатмана, представителя отдела солнечной энергетики HZB, это достижение доказало значительный потенциал технологии. Комбинация CIGS и перовскитов — это не только достижение лабораторного уровня, но и шаг к промышленному внедрению.
Ученые отмечают, что CIGS уже используется в коммерческих солнечных панелях, а перовскиты можно интегрировать с минимальными изменениями в производственных линиях. Это особенно важно для ускоренного внедрения технологии.
Тандемные солнечные элементы, помимо высокой эффективности, производятся с меньшим количеством потребляемой энергии по сравнению с традиционными кремниевыми батареями. Это делает новую технологию более экологически чистой.
Потенциальное применение CIGS:
• Солнечные электростанции нового поколения. Увеличение эффективности солнечных батарей позволяет генерировать больше энергии на той же площади, что особенно важно для густонаселенных регионов.
• Портативные устройства и транспорт. Тандемные солнечные элементы могут использоваться в дронах, электромобилях и устройствах для автономной зарядки.
• Архитектурная интеграция. Гибкость CIGS позволяет использовать их в качестве покрытия для фасадов зданий, крыш и стекол. Это делает возможным создание энергонезависимых городов и зданий с минимальным углеродным следом.
• Космическая техника. Легкость и высокая эффективность тандемных элементов делают их идеальными для космических аппаратов, где экономия веса и стабильное энергоснабжение играют критическую роль.
• Автономные системы. Использование тандемных солнечных батарей в системах интернета вещей (IoT), сельскохозяйственном оборудовании и автономных энергоустановках позволит повысить их надежность и независимость даже в удаленных регионах.
• Мобильные устройства. Высокая производительность при компактных размерах делает возможным использование этих солнечных панелей для питания носимой электроники, портативных устройств для зарядки гаджетов и улучшенной солнечной энергетики для личного применения.
• Энергетическая инфраструктура. Тандемные панели могут быть внедрены в крупные энергетические сети и энергетические хранилища для добавочной генерации энергии днем и ее хранения для ночного использования.
Прорыв в разработке CIGS-перовскитных солнечных батарей с эффективностью 24,6% знаменует важный шаг в развитии солнечной технологии. Команда из Гельмгольц-центра Берлина показала огромный потенциал многослойных солнечных элементов и подтвердила, что они способны стать ключевым компонентом энергетической революции.
В ближайшем будущем такие солнечные панели могут стать неотъемлемой частью как массового производства, так и высокотехнологичных приложений в космосе, промышленности и бытовой энергетике.