На окраине Бранденбурга-на-Хавеле, Германия, находится завод, который обещает произвести революцию в будущем солнечной энергетики. Там британская компания Oxford PV производит солнечные элементы, в которых используется перовскиты, материал, который многие считают ключом к будущему солнечной энергии. Эти элементы представляют собой новый тип технологии на основе перовскита, которая может изменить ландшафт возобновляемой энергетики.
Завод солнечных технологий
Оксфордский фотоэлектрический завод окружен спокойной сельской местностью, но внутри разрабатываются инновации, которые могут изменить производство солнечной энергии. Крис Кейс, технический директор компании, описывает это место как «реализацию моих самых сокровенных устремлений».
Oxford PV, наряду с другими компаниями, такими как QCells, поверил в технологию перовскита. Этот фотоэлектрический материал, относительно дешевый и легкодоступный, продемонстрировал большой потенциал в повышении эффективности солнечных панелей. Фактически, ожидается, что коммерческие солнечные панели с перовскит-кремниевыми элементами выйдут на рынок в следующем году.
Что касается других компаний в этой области, Hanwha QCells объявила о своем намерении инвестировать 100 миллионов долларов в линию по производству тандемных солнечных элементов, объединяющую кремний и перовскит, технологию, которая будет введена в эксплуатацию к концу 2024 года. Это показывает, что крупные бренды делает ставку на это нововведение.
Новый тип солнечных батарей с перовскитной технологией.
Что интересно в солнечных элементах, изготовленных из перовскита, так это их способность захватывать большее количество солнечного света по сравнению с обычными кремниевыми элементами. Путем интеграции обоих материалов посредством так называемого тандемные солнечные элементы, общая эффективность преобразования энергии может быть увеличена. В то время как одни только кремниевые солнечные элементы могут достигать эффективности до 26%, тандемные элементы на основе перовскита легко превышают этот предел, достигая эффективности до 31,6%, как недавно продемонстрировал Институт Фраунгофера.
Преимущество тандемных ячеек состоит в том, что они улавливают более широкий диапазон солнечных длин волн. Это позволяет производить до 20% больше энергии по сравнению с традиционными кремниевыми элементами. Однако первоначальная стоимость перовскитов остается проблемой, хотя сторонники технологии отмечают, что в густонаселенных городских районах или промышленных комплексах, где земля ограничена, увеличение выработки электроэнергии быстро компенсирует дополнительные расходы.
Влияние нового типа перовскитных солнечных элементов
Эффект от этой технологии значителен. В отличие от кремниевых элементов, перовскитные элементы можно производить при гораздо более низких температурах, что снижает себестоимость производства. Кроме того, они более гибкие и легкие, и их можно наносить на более разнообразные поверхности, например, на балконы или даже оконные рамы.
Ожидается, что рынку солнечной энергии потребуется до Мощность 75 тераватт (ТВт) установлен к 2050 году по сравнению с нынешним 1,2 ТВт. Несмотря на достижения в области перовскитов, проблемой остается их долговечность. Несмотря на это, важные достижения в области материалов и обработки поверхности, такие как пассивация, значительно улучшают свою долгосрочную стабильность.
Например, исследователи обнаружили, что пассивация с использованием аминосиланов может улучшить как эффективность, так и эксплуатационную стабильность перовскитных ячеек. Благодаря этим обработкам удалось сохранить до 95% первоначальной эффективности после 1.500 часов использования в экстремальных условиях.
Рекорды по эффективности
Солнечные элементы на основе перовскита развивались очень быстро. Если в 2009 году они едва могли преобразовать в энергию 3,8% солнечного света, то нынешние версии уже достигают эффективности 26,1%, а в тандемной форме с кремнием даже 31,6%, как мы упоминали ранее.
Кроме того, некоторые лаборатории по всему миру исследуют еще более совершенные версии этих клеток, например клетки тандем перовскит-перовскит, которые полностью обходятся без кремния и уже достигли КПД 28,49%. Хотя эти версии все еще находятся в разработке, они предлагают возможность еще большего производства энергии благодаря способности улавливать различные части солнечного спектра с помощью материалов, намного более дешевых, чем кремний.
В практическом плане эти достижения не только расширяют традиционные возможности солнечных батарей, но и могут снизить общую стоимость этих технологий, сделав их более доступными и гибкими для широкого спектра применений. Это ключ к массовому внедрению солнечной энергии во всем мире.
Несмотря на все эти инновации, несмотря на то, что еще есть проблемы, которые необходимо решить, такие как деградация из-за влажности или тепла, перовскит находится на пути к настоящей революции в отрасли возобновляемых источников энергии. Если достижения в долговечности смогут сравниться с достижениями в эффективности, перовскиты, вероятно, превзойдут нынешние технологии и радикально изменят способ потребления солнечной энергии в мире.
Поскольку эта технология продолжает бить рекорд за рекордом, нет никаких сомнений в том, что мы находимся на пороге новой эры солнечной энергии, эры, когда чистая энергия будет более эффективной, доступной и жизнеспособной, чем когда-либо.