Российские ученые совместно с коллегами из Швейцарии, Китая, Бельгии, Японии, Германии и Люксембурга разработали новую технологию изготовления солнечных батарей, которая может кардинально изменить ситуацию в "зеленой энергетике". Сегодня абсолютным "солнечным" монополистом является кремний. Из него сделаны батареи 98% солнечных электростанций в мире. Но сторонники "зеленой энергетики" подчеркивают, что ее масштабы будут намного больше, если снизить цену материала. И такая альтернатива есть — минералы перовскиты на основе солей свинца. Батареи из них намного дешевле кремневых, проще в изготовлении и экологичнее. А кпд преобразования солнечного света в электроэнергию фотоэлемента из перовскита не уступает кремнию — около 25 процентов.
Но наряду с очевидными плюсами у материала есть серьезные минусы. Главные два. Первый — ячейки недолговечны, второй — они маленького размера, всего 1,5 см2. Собирать из таких малюток большой солнечный модуль — головная боль для технологов. Ученые решили обе эти задачи. Как?
"Солнечную ячейку выращивают методом кристаллизации. Когда ее площадь маленькая, она получается однородной, но стоит ее увеличить, "вылезают" зернистость и другие дефекты. Сразу же резко падают и кпд, и долговечность работы. Именно поэтому ячейки делают такого маленького размера", — объясняет один из авторов разработки Ольга Сызганцева, старший научный сотрудник химфака МГУ.
По словам Сызганцевой, в их интернациональной команде ученые из МГУ единственные, кто занимается теоретическими вопросами перовскита. Они рассчитывали разные варианты, как найти самый лучший способ управлять кристаллизацией и получить материал одновременно и максимальной площади, и с минимумом дефектов.
И наконец решение было найдено — применить во время кристаллизации так называемую ионную жидкость. Эксперименты, которые провели коллеги в разных лабораториях, подтвердили расчеты теоретиков. Новая технология выращивает однородные, без дефектов модули площадью 25 см2, их кпд более 25 процентов. И что принципиально важно — они долговечны. После 1000 часов работы эффективность модуля сохраняется. Новая технология позволяет выпускать из перовскита солнечные батареи стоимостью на порядки ниже, чем кремневых.
Отметим, что у Ольги Сызганцевой богатый опыт работы зарубежом. После окончания МГУ она успела поработать в Швейцарии, Финляндии, Франции. В 2020 году вернулась в свою "альма-матер". Кстати, в эту научную команду ее пригласили коллеги из Швейцарии, с которыми она познакомилась во время своей командировки.
