Щоразу, коли я кажу людям, що я працюю з сонячними елементами, мені задають ті самі два запитання: чи коли-небудь вони будуть по-справжньому дешевими? А можете мені дістати? Хоча відповідь на друге питання - ні, відповідь на перше набагато позитивніша. З кожним роком сонячні батареї подешевшають і покращують ефективність, завдяки якій вони можуть перетворювати світло в енергію.

У той же час витрати на викопне паливо продовжують зростати, і в наступні кілька років ми досягнемо тієї точки, коли витрати перетинаються - деякі цифри говорять це, можливо, вже сталося. Питання не в тому, чи зможе сонячна енергія витіснити викопне паливо як найдешевший засіб для виробництва енергії, а, скоріше, коли.

Хоча це дало величезний імпульс сонячній промисловості, головне хвилювання в сонячному секторі сьогодні пов'язане з новим типом матеріалу, який називається перовскіт. Поєднуючи деякі найкращі якості більш основних матеріалів, це виявилося неймовірно гнучким - до того, що дослідники Шеффілдського університету виготовили сонячні батареї перовскіту як рідину з розбризкуванням. Отже, що таке перовскіт, і яке гудіння навколо нього?

Сонячні клітини, складова сонячних панелей, що реагують на світло, будуються з того, що відомо фотоелектричні матеріали. Коли світло потрапляє на ці матеріали, електрони звільняються від руху через матеріал. При ретельному проектуванні структури цих сонячних комірок ці електрони можуть бути зібрані в потік електричного струму. Це процес, який забезпечує дещо чарівну властивість сонячних батарей - сонячне світло та виведення електрики.

Всередині панелі сонячних батарей

Загалом, сонячні батареї можна розділити на дві окремі групи - такі, що базуються на неорганічних фотоелектричних матеріалах, таких як кремній або телурид кадмію, а також на основі конкретних органічних сполук, таких як PCDTBT. У обох є свої переваги та недоліки.

Неорганічні матеріали вже є налагодженими в промисловості, здатними перетворювати світло в електрику при більшій ефективності 20% та створювати сонячні панелі з тривалістю життя понад 25. Мінусом є те, що необхідна сировина, особливо з кремнієм, може бути дорогою.

Органічні сонячні батареї засновані на потенційно недорогих матеріалах і навіть можуть бути виготовлені з рідкого розчину, що робить їх дуже швидкими та дешевими у виробництві. Однак навіть в лабораторних масштабах органічні сонячні батареї намагаються досягти ефективності більше 10%. Ще важливіше, що органічні сполуки поступово розкладаються при світлі, часто скорочуючи термін служби панелі до порядку місяців чи тижнів, а не років. Отже, ці органічні матеріали рідко використовуються для виготовлення сонячних батарей, оскільки нікому не подобається думка про необхідність підніматися на дах, щоб замінити їх кожні півроку. В ідеалі ми хочемо сонячну батарею з продуктивністю та довгостроковою стабільністю неорганічних матеріалів із наднизькою вартістю органічних матеріалів.

Увійдіть в Перовскіте

В останні кілька років дослідження сонячної енергії стали свідками появи чудового нового класу матеріалів, відомих як перовскіти. Це гібридний органічно-неорганічний матеріал, по суті органічна сполука з приєднаним неорганічним елементом. Перовскіт відноситься до специфічного типу кристалічної структури, який природним чином зустрічається в певних мінералах. Ці гібридні сполуки мають цю кристалічну структуру, але також є складною комбінацією органічного аміаку та метильних груп з приєднаними неорганічними йодидами свинцю або хлоридом свинцю.

Причиною хвилювання навколо цих матеріалів є відверто приголомшлива швидкість, з якою вони розвивалися. Раніше кожного разу, коли було виявлено новий матеріал, було потрібно декілька років досліджень 10-20, щоб досягти показника ефективності навіть 10%. Перовскітні сонячні батареї з'явилися лише в 2012, але вже завершили перетворення більше, ніж ефективність 19%. Цей пухирчастий темп розвитку безпрецедентний у сонячних дослідженнях.

Як гібридний матеріал, а також для високої ефективності, що стосується неорганічних матеріалів, перовскіти також можуть скористатися здатністю органічних сонячних матеріалів застосовуватись як рідкий розчин. Цим скористалася група професора Девіда Лідзея з Шеффілдського університету, розпорошуючи перовскіт як рідке покриття на матеріал підкладки. Це дозволяє виробляти сонячні батареї великими обсягами та низькою вартістю.

Майбутнє перовських

Чи означає це, що всі майбутні сонячні батареї будуть базуватися на перовскітах? Говорити ще зарано Хоча вони мають багато переваг, все ж є ряд ключових проблем, які потрібно подолати.

Є деякі питання щодо потенційного впливу на вміст свинцю матеріалу на навколишнє середовище (хоча триває робота над усуненням вимоги до свинцю) та як легко можна збільшити масштаб виробництва до корисного комерційного розміру. Як і у органічних сонячних батарей, їх довготривала стійкість також дуже сумнівна, і вони особливо чутливі до вологи - кілька крапель води можуть повністю знищити матеріал.

Тож побудова модуля сонячної панелі з перовскіту, здатного вижити десятиліттями на відкритому повітрі, швидше за все, все-таки є певною мірою - насправді немає гарантій, що це навіть можливо. Але напевне, що потенціал перовскітних сонячних батарей приголомшує, і якщо матеріальна обіцянка може бути реалізована, це може повністю революціонувати можливості сонячної енергії.

Ця стаття була спочатку опублікована на Бесіда.
Читати оригінал статті.

Про автора

Джон Мейджор - науковий співробітник Ліверпульського університету. Його наукові інтереси включають тонку плівку, фотоелектрику, напівпровідники та прозорі провідники.

Заява про розкриття інформації: Джон Майор пов'язаний з національним дослідницьким консорціумом СУПЕРГЕН.

Рекомендована книга:

Зелене чарівництво: збереження, сонячна енергія, органічне садівництво та інші практичні навички з відповідного набору технічних інструментів - Джон Майкл Грір

У стародавні часи майстер був незалежним інтелектуалом, основним запасом якого в торгівлі були добрі поради, підтримувані ґрунтовною освітою в сільському господарстві, судноплавстві, політичній та військовій науці, мовах, торгівлі, математиці, медицині та природничих науках. Ця книга є обов’язковою для читання для всіх, хто стурбований зменшенням нашої залежності від перевантаженої промислової системи і, у світі серйозних дефіцитів енергії та економічних неприємностей, робить життя набагато менш травматичним та більш життєздатним. Від основних понять екології до безлічі практичних прийомів, Green Wizardry - це всеосяжний посібник для сучасної підготовки майстра.

Натисніть тут для отримання додаткової інформації та / або для замовлення цієї книги.