Солнечные панели на основе кремния доминируют на рынке, но у них есть недостатки: они тяжёлые, жёсткие и дорогие в производстве. Учёные по всему миру ищут альтернативу, и самой перспективной считаются перовскиты — особый класс материалов, которые могут совершить революцию в солнечной энергетике. Кандидат химических наук Марина Теплякова из Сколтеха объясняет, в чём их потенциал и какие проблемы предстоит решить.
Почему перовскиты лучше кремния?
- Простота и дешевизна производства: Вместо энергоёмкого выращивания и резки кристаллов кремния (при температуре >1400°C) перовскитный слой создаётся методом растворного нанесения. Специальный «чернила» наносятся на любую поверхность (стекло, пластик, фольгу) и высушиваются.
- Лёгкость и гибкость: Получаются тонкие, лёгкие и даже гибкие солнечные элементы.
- Новые возможности: Можно создавать полупрозрачные панели для окон или интегрировать их в изогнутые фасады зданий.
- Высокая эффективность: Лабораторные образцы уже показывают КПД свыше 27%, что превосходит многие серийные кремниевые панели.
В чём главные проблемы?
- Низкая стабильность: Перовскит — «нежный» материал. Он разрушается от света, тепла, влаги, кислорода и внутреннего напряжения. Рабочая среда для него одновременно и является причиной деградации.
- Зависимость от импорта: Для производства требуются дорогие высокочистые органические материалы (например, Spiro-OMeTAD, который стоил до $2000/грамм). После 2022 года поставки с Запада прекратились, а китайские аналоги приходится ждать месяцами.
Что предлагают российские учёные?
- Повышение стабильности: В Сколтехе создали гибридный транспортный слой (на основе полимера ПТАА и оксида ванадия), который не только эффективно проводит заряд, но и помогает перовскиту самовосстанавливаться.
- Защита от внешней среды: Разработан инкапсуляционный слой на основе парилена, который герметично защищает материал от влаги и кислорода.
- Тандемные элементы: Учёные создают «бутерброды» из полупрозрачного перовскита и кремния. Такая конструкция улавливает больше спектра света и показывает КПД около 30%.
- Собственное производство материалов: Стартап «Полисенс» (при поддержке Фонда содействия инновациям) наладил в России синтез ключевого органического полупроводника Spiro-OMeTAD, сократив его стоимость в 2–3 раза и время ожидания с месяцев до недель.
Какое будущее у технологии?
Пока перовскитные батареи — в основном лабораторные образцы. Их коммерческий успех зависит от решения проблем стабильности и масштабирования производства.
Однако потенциал огромен:
- Лёгкая и гибкая энергетика для мобильных устройств и интернета вещей.
- Прозрачные панели-окна для «умных» зданий.
- Космическая энергетика, где важна радиационная стойкость перовскитов.
Таким образом, перовскиты — это не просто замена кремнию, а билет в новую эру энергетики, где солнечные панели станут невидимыми, универсальными и предельно доступными.