Каждый год ученые придумывают новые устройства и способы, которые помогут сберечь энергию и не навредить экологии. Одним из таких изобретений стали перовскитные солнечные батареи, над которыми работают и исследователи из Московского университета. Чем примечательна эта разработка, как она устроена и какие у нее есть перспективы, рассказывает заведующий лабораторией новых материалов для солнечной энергии факультета наук о материалах МГУ Алексей Тарасов.
Перовскитные солнечные батареи – новейший класс пленочных солнечных элементов, основным компонентом которых является тонкий слой из гибридного материала – иодида свинца метиламмония, – имеющего структуру перовскита. Это настоящее нанотехнологическое устройство: над и под слоем гибридного перовскита располагаются еще до десяти вспомогательных слоев толщиной от 1 до 300 нанометров. Общая толщина устройства в 50 раз меньше человеческого волоса.
Для создания таких батарей необходимо применение различных физических и химических методов нанесения тонких пленок – настоящая междисциплинарная задача. После того как солнечный свет поглощается слоем гибридного перовскита, в нем рождаются электроны и дырки, которые селективно «вытаскивают» оттуда специально подобранными соседними слоями, попадают из них на электрическую цепь и совершают полезную работу.
Исследование и совершенствование подобных устройств – одна из наиболее «горячих» научных тем в мире в настоящий момент. Активность исследований в данной области позволила за 10 лет с момента открытия перовскитных батарей достичь уровня КПД в 25%. Это превышает лучшие показатели их основных конкурентов – кремниевых солнечных батарей, которыми укомплектованы 98% всех солнечных электростанций в мире.
Кроме высокой эффективности, перовскитные солнечные элементы отличаются более простой и дешевой в сравнении с кремнием технологией создания. Не требуются ни высокие температуры, ни особо чистые вещества. А самое главное, что вместо конкуренции с кремниевыми солнечными элементами перовскитные можно формировать непосредственно на их поверхности и создавать так называемые тандемные устройства, по суммарному КПД опережающие и те, и другие по отдельности. Для кремниевых солнечных элементов создание таких тандемов станет поистине второй жизнью: потенциал повышения их КПД и снижения стоимости в последние годы признан исчерпанным. Более экономичные тандемы с улучшенными характеристиками эффективности позволят дать кремниевой технологии новую жизнь.
В мире перовскитными солнечными элементами занимаются более 25 000 ученых, а каждый день в научных журналах публикуется около 15 статей по данной тематике. На факультете наук о материалах МГУ работает один из трех ведущих российских коллективов в данной области. Несмотря на более позднее включение в международную научную гонку перовскитной фотовольтаики, наши ученые сумели выйти на мировой уровень исследований и хорошо известны в России и за рубежом своими инновационными работами.
Так как гибридные перовскиты были открыты совсем недавно, в настоящий момент они исследованы достаточно поверхностно, и раскрытие всего их фундаментального и прикладного потенциала – дело ближайшего времени и целое поле вызовов для пытливых умов студентов и аспирантов Московского университета.
Информация предоставлена пресс-службой МГУ
Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/)
Обозрение "Terra & Comp".
