Сонячна енергія 3․0: як перовскітні панелі змінюють майбутнє зеленої енергетики

Повідомляє 24 Канал із посиланням на Interesting Engineering. Ці панелі демонструють вражаючі показники ефективності, адже їхній ККД перевищує 30%.

Що відомо про перовскітні елементи

Перовськіти – це універсальні матеріали, відомі своєю винятковою композиційною гнучкістю, що робить їх придатними для різних високотехнологічних застосувань. Наприклад, їх можна використовувати для виробництва чипів пам'яті чи ультразвукових машин. Перовскітні матеріали, такі як метиламоній-свинцевий галогенід і повністю неорганічний цезій-свинцевий галогенід, відзначаються економічною вигодою. Їх можна друкувати при низьких температурах, що дозволяє створювати легкі та тонкі сонячні модулі.

Тандемні сонячні елементи є одним із пристроїв, що поєднують переваги перовскіта і кристалічного кремнію, захоплюючи більш широкий спектр сонячного світла і значно підвищуючи ефективність. Тандемні панелі можна інтегрувати в будівельні конструкції, використовувати для створення вікон, стін, а також для розробки самозаряджаючих блоків живлення або навіть текстилю.

Перовскітні сонячні елементи працюють за принципом, за якого сонячне світло взаємодіє з тонким шаром гібридного матеріалу на основі свинцю або олова. Це призводить до утворення пари електрон-дірка, де електрони рухаються до шару перенесення електронів (ETL), а дірки – до шару перенесення дірок (HTL), генеруючи електричний струм. Однією з основних проблем є випадки, коли електрони передчасно з'єднуються з дірками, що знижує ефективність елементів.

Близько 90% сонячних панелей виготовляються з кремнієвих напівпровідників, які не можуть бути оброблені в розчині без ризику дефектів, що погіршує їхню функціональність.

Натомість перовскітні напівпровідники мають високу відмовостійкість і можуть бути перероблені в напівпровідникові чорнила, що робить їх ідеальними для виробництва легких і гнучких сонячних елементів.

Ця адаптивність робить їх ідеальними для мобільних додатків, таких як безпілотники чи дахи автомобілів. Однак, хоча кремнієві сонячні елементи відомі своєю надійністю, довговічністю (25 – 30 років) і мінімальною деградацією (близько 0,8% на рік), перовскітні панелі стикаються з проблемами довгострокової ефективності та збереження вихідної потужності.

Чому перовскітні сонячні панелі досі не популярні

Попри багатообіцяючі характеристики, перовскітні сонячні панелі стикаються з кількома суттєвими проблемами, які обмежують їх комерційну життєздатність і широке впровадження на ринку у порівнянні з традиційними фотоелектричними технологіями.

Головною проблемою є їхня недовговічність – такі панелі зазвичай мають термін служби всього 2,5 роки через нестабільність в реальних умовах. Основними причинами деградації є фактори навколишнього середовища, такі як вологість та ультрафіолетове випромінювання. Вчені працюють над розробкою методів для підвищення стабільності та продовження терміну служби перовскітних елементів через передові методи інкапсуляції та вдосконалення матеріалів.

Попри те, що в лабораторних умовах перовскітні панелі демонструють ефективність від 24% до 30%, як зазначає Advanced Materials, їхня ефективність ще потребує покращення для реальних умов використання. Крім того, виробничий процес стикається з труднощами – більшість лабораторних технологій важко адаптувати для масового виробництва.

Ще однією проблемою є вплив на навколишнє середовище, оскільки багато перовскітних матеріалів містять свинець, що викликає занепокоєння щодо їх токсичності та екологічної безпеки. Тому важливо розробити методи безпечної інкапсуляції токсичних матеріалів для просування перовскітних пристроїв до ширшого комерційного використання.

Дбайливе ставлення до навколишнього середовища є одним з ключових пріоритетів для відповідального бізнесу. Тому "МакДональдз" пропонує своїм відвідувачам сортувати відходи. Це не лише зменшує екологічний слід компанії, а й сприяє формуванню культури відповідального споживання серед клієнтів.