Ключ к созданию дешевых солнечных батарей был найден еще 150 лет назад

Усовершенствование технологии солнечных батарей идет исключительно низкими темпами, что у многих вызывает раздражение. На поверхность нашей планеты ежедневно просыпается огромное количество свободной энергии, но человечество до сих пор не нашло эффективных способов для его сбора. Исследователи постоянно ищут новые материалы для улучшения фотогальванических ячеек, но одни из самых перспективных были созданы не в лаборатории из экзотических нановеществ, а оказались обычной скальной породой. Вернее, это специфический вид горного минерала, известный человечеству уже на протяжении 150 лет.

Исследователи очень давно бьются над тем, как сделать получение солнечной энергии более дешевым и доступным. Многие видят решение в создании огромных массивов дешевых и низкоэффективных ячеек, как самый лучший подход. Другие верят в то, что будущее за дорогими солнечными панелями с высокой эффективностью. Если исследования с использованием минерала «перовскит» в составе солнечных ячеек окажутся успешными, оба лагеря исследователей отпразднуют победу.

Первые образцы «перовскита» были найдены еще в 1839 году в Центральной России, в Уральских горах. Это незаметная кристаллизованная металлоорганика, большей частью состоящая из титаната кальция. В то время никто не подозревал об уникальных свойствах данного минерала. Чуть позже были обнаружены его слабые абсорбционные способности и то, что перовскит может работать в качестве полупроводника. Первые попытки использования его в составе солнечных ячеек произошли в 2009 году. Ранние эксперименты показали очень скромные результаты – только 3.5 процента эффективности и низкую долговечность. В последующие годы результаты были существенно улучшены.

В традиционных солнечных панелях, основанных на кремнии, применяются материалы толщиной 180 микрометров, в то время, как панели из перовскита могут иметь толщину всего 1 (один!) микрометр и могут генерировать большее количество энергии от солнечного света, чем силиконовые панели. Знаменитый исследователь солнечной энергии, Майкл Гретцел, все последние годы работал над изучением ультратонкого материала из перовскита и смог создать первый прототип с эффективностью 15 процентов. Он уверен, что при должной настройке из данных панелей можно выжать 20-25 процентов. Отметим, что данные показатели пока достижимы только в лабораторных условиях.

Ключевую роль в развитии технологии создания солнечных панелей из перовскита может оказать их дешевизна – они действительно дешевы, как пыль. Геологические отложения перовскита найдены во всем мире в различных геологических условиях, а процесс переработки этого материала в состояние пигмента очень прост. Данный пигмент может распыляться по поверхности проводящего материала, который помогает в распределении электронов. Сам по себе перовскит не может быть токопроводящим и не передает электрический ток, полученный в результате воздействия света (поскольку обладает свойствами полупроводника).

Исследователи полагают, что на практике массовое производство солнечных ячеек из перовскита может оказаться существенно дешевле. Оно может заключаться в простом нанесении жидкого пигмента перовскита на тонкую пленку подложки или путем газообразного воздействия пигмента на нее. Заметим, что стоимость кремниевых солнечных батарей сегодня продолжает падать, но очень медленно. Новая технология может приостановить ведение кремниевых «войн», если окажется что оборудование и техпроцесс производства перовскитовых панелей имеет низкую стоимость.

Департамент энергетики США постоянно мониторит стоимость получения солнечной энергии, в сравнении с твердыми топливными источниками. Согласно с данными этой службы, текущая стоимость производства электроэнергии с помощью солнечных батарей составляет 75 центов за ватт. Стоимость энергии, полученной в результате твердого топлива, на данный момент составляет 50 центов за ватт. Если перовскитовые панели подтвердят ожидания, исследователи верят в то, что стоимость производства одного ватта электроэнергии с их помощью достигнет значения 10-20 центов за ватт.