Солнечная энергетика продолжает развиваться: в США  7% домохозяйств уже используют её для электроснабжения. Однако производство традиционных кремниевых элементов остаётся энергозатратным и дорогим, что сдерживает создание новых заводов. Более 80% мировых солнечных элементов производятся в Китае, где сосредоточены крупнейшие запасы кремния.

Решением может стать переход на перовскиты — альтернативный материал, эффективность которого сравнима с кремнием, но производство требует меньше ресурсов.

Группа исследователей Технологического института Джорджии под руководством доцента Хуана-Пабло Корреа-Бании разработала метод стабилизации перовскитных элементов, устраняющий их главный недостаток — низкую долговечность. Как пояснил учёный: «Наша цель — создать технологии, которые можно масштабировать без многомиллионных инвестиций в оборудование».

Кадр из видео. Christopher McKenney / Georgia Institute of Technology

Перовскиты, состоящие из йода, свинца и органических компонентов, деградируют уже через год эксплуатации — в 20 раз быстрее кремниевых аналогов. При температурах выше 35°C их структура начинает разрушаться, что делает панели нерентабельными для жаркого климата. Команда Корреа-Бании предложила инновационный подход: обработку перовскитного слоя парами титана в условиях слабого вакуума перед нанесением верхнего электрода. Технология, известная как парофазная инфильтрация, позволила внедрить атомы титана в поверхностный слой элемента, повысив его термостойкость.

«Модифицированный титаном слой стал значительно устойчивее к высоким температурам, — отметил Корреа-Бания. — Это первый шаг к полевым испытаниям элементов на крышах зданий». Метод уже находится на стадии патентования.

Хотя срок службы улучшенных перовскитов пока что не превышает 10% от кремниевых аналогов (2 года против 20), исследователи уверены в потенциале технологии. Дальнейшая оптимизация состава электродов и структуры слоёв может сократить этот разрыв.

Переход на перовскиты способен снизить стоимость производства солнечных панелей на 40% за счёт меньшей энергоёмкости процессов и доступности сырья. Это создаст предпосылки для локализации производства и ускорения перехода на возобновляемую энергетику.

Следующими шагами станут долгосрочные испытания элементов в разных климатических условиях и поиск замены свинцу в составе перовскитов для минимизации экологических рисков. Успех этих исследований определит, станут ли перовскитные панели новым стандартом в солнечной энергетике или останутся нишевым решением.

Подробнее на iXBT