Солнечная энергия становится главной надеждой человечества в борьбе с изменением климата. Но кремниевые панели, которые сегодня покрывают крыши и поля, скоро могут уступить место новому поколению материалов – перовскитным солнечным элементам. Перовскиты – это кристаллические соединения с уникальной структурой, которые прекрасно поглощают свет и легко наносятся тонкими слоями. Они способны превзойти кремний по эффективности и снизить стоимость фотогальваники.
В 2023–2024 годах учёные и компании установили несколько рекордов: фирма LONGi достигла рекордной эффективности 34,6 % для гибридного кремний‑перовскитного элемента. Это близко к теоретическому пределу, который составляет около 43 %. Другие лаборатории сообщили об эффективности 31,5 % и 30,4 %, применяя различные добавки и методы обработки. Одним из ключевых достижений стало повышение стабильности: использование йодистых восстановителей и наночастиц увеличило долговечность, а перовскиты на основе халькогенидов (например, селенидов) показали меньшую деградацию.
Секрет перовскитов заключается в их структурной гибкости. Можно заменять атомы в решётке, регулируя спектр поглощения, уровень дефектов и устойчивость. Плёнки перовскита наносятся методом печати или распыления, поэтому теоретически производственные линии могут быть компактными и дешёвыми. Их можно наносить на гибкие подложки, создавая изогнутые панели или даже интегрировать в окна и фасады зданий. В комбинированных ячейках перовскит слой поглощает высокоэнергетический свет, а кремний – низкоэнергетический, что позволяет использовать солнечный спектр более полно.
Тем не менее, у технологии есть недостатки. Многие перовскиты содержат свинец, что вызывает экологические опасения. Деградация под воздействием влаги, кислорода и ультрафиолета пока не позволяет производить панели с долгим сроком службы. Учёные работают над заменой свинца на менее токсичные элементы, а также над encapsulation – герметичной упаковкой, защищающей материалы от окружающей среды. Кроме того, требуется масштабирование: лабораторные элементы размером несколько квадратных миллиметров нужно превратить в метры квадратные модулей.
Если эти проблемы будут решены, перовскитные солнечные элементы могут произвести революцию. Их высокая эффективность и низкий вес позволят создавать плавающие электростанции на водоёмах, размещать панели на крышах автомобилей и строить энергопозитивные здания. В сочетании с накопителями энергии это приближает нас к будущему, где энергия солнца будет питать не только электросети, но и каждый наш гаджет. Перовскиты показывают, что материаловедческие инновации являются ключом к энергетической трансформации.