Ученые из Лаборатории новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ открыли метод, который позволит повысить стабильность перовскитных солнечных батарей. В будущем это поможет активнее развивать альтернативную энергетику.
Уже больше 50 лет основным материалом для производства солнечных батарей является кристаллический кремний. Однако стоимость таких источников энергии остается высокой, а их коэффициент полезного действия практически достиг предела. Увеличить его уже не получается. Соответственно, чтобы повысить мощность таких батарей, нужно устанавливать еще больше и без того недешевых солнечных модулей.
Именно поэтому ученые разрабатывают новые технологии для развития альтернативной энергетики. Гибридный перовскит – перспективный материал для изготовления солнечных элементов питания. Он способен преобразовывать солнечный свет в электроэнергию почти так же эффективно, как кремниевые батареи. В 2013 году журнал Science даже включил перовскиты в список 10 лучших достижений науки. «Перовскиты уже способны преобразовывать 15% энергии солнечного света в электроэнергию. Пока это ниже КПД коммерческих кремниевых солнечных элементов, но перовскиты быстро совершенствуются», – сообщалось в статье. Ученые во всем мире изучают свойства этого материала, так как он поможет сделать возобновляемую энергетику более доступной.
Производить перовскитные модули проще и дешевле, чем кремниевые, говорит Алексей Тарасов, заведующий Лабораторией новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ. По его словам, солнечные батареи на основе перовскита могут быть значительно доступнее. А в связке с кремнием перовскит позволит сильно повысить КПД новых источников энергии.
Однако, по словам ученого, у гибридного перовскита есть одна особенность – недостаточная стабильность. Под воздействием солнечного света, кислорода и атмосферной влаги материал постепенно теряет ценные свойства и разрушается. Поэтому до сих пор в промышленной солнечной энергетике применяется кремний.
Повысить стабильность перовскита можно с помощью метода инкапсуляции. То есть необходимо поместить материал в защитную «капсулу». Она убережет его от проникновения влаги и кислорода. Ученые факультета наук о материалах МГУ нашли химическое соединение, которое наиболее результативно выполняет роль капсулы и не позволяет перовскиту деградировать. Идеальным веществом для этих целей оказался фторид магния. Он недорогой и к тому же не влияет на количество попадающего на перовскит солнечного света. О своем открытии российские деятели науки рассказали в авторитетном международном журнале Journal of Energy Chemistry. Благодаря инкапсуляции перовскитные солнечные батареи смогли проработать три тысячи часов без снижения КПД.
Время работы солнечных элементов на основе перовскита зависит от различных условий. Например, от применения тех или иных химических веществ, нанесенных на инкапсулированный слой перовскита. Сотрудники Лаборатории новых материалов для солнечной энергетики продолжают искать новые химические соединения, которые смогут положительно повлиять на эффективность перовскита или придать ему новые полезные свойства.
Ученые измеряют КПД перовскитных элементов в режиме онлайн. Для этого их размещают в специальном держателе и нагревают. С помощью электрических контактов каждый исследуемый перовскитный элемент подключается к измерительному оборудованию.
Инкапсуляция гибридного перовскита с применением фторида магния – важное открытие российских химиков. Значение их вклада в будущее солнечной энергетики дополнительно повышается на фоне общемировой тенденции к росту доли альтернативных источников энергии в структуре энергопотребления. Так, по данным независимого аналитического центра в области энергетики Ember, доля мировой электроэнергии, генерируемой солнечными и ветровыми электростанциями, в 2021 составляла 10%, а в 2022 – уже 12%. По прогнозам экспертов, к 2040 году ветряные и солнечные электростанции будут производить до 41% всего электричества в мире.
По данным Минэнерго РФ на 2022 год, в Единой энергосистеме России доля солнечных электростанций составила 0,78% от совокупной мощности всех электростанций. А согласно Энергетической стратегии РФ, при позитивном развитии событий доля возобновляемых источников энергии в российской энергосистеме к 2035 году может достигнуть 3–5%.