Новий мінерал замінить кремній у сонячних панелях: вони стануть у рази дешевшими і кращими

Після десятирічного застою вчені нарешті досягли прориву в ефективності кестеритових осередків, що відкриває можливості комерційного застосування, пише Chemistry World.

Що таке кестерит і в чому його плюси

Кестерит — це фотоелектричний матеріал на основі міді, цинку, олова і сірки/селену. Його головна перевага полягає у складі. На відміну від інших тонкоплівкових технологій, таких як CIGS (у якій використовується дефіцитний і дорогий індій) або телурид кадмію (де застосовується токсичний кадмій), кестерит складається з дешевих і безпечних елементів, поширених у земній корі.

Крім того, він має чудову хімічну і термічну стабільність, що залишається слабким місцем багатьох нових фотоелектричних матеріалів, наприклад, перовскітів. Ці особливості роблять кестерит ідеальним кандидатом на роль "народних" сонячних панелей — доступних і довговічних.

Головний виклик — низька ефективність

Незважаючи на всі переваги, кестерит довгий час залишався в тіні через одну проблему — низьку ефективність перетворення енергії (PCE). Майже десять років рекорд для цього матеріалу тримався на позначці 12,6%, чого було недостатньо для комерційної конкуренції.

Основна складність полягала в складній кристалічній структурі. Через схожість іонів міді та цинку вони часто мінялися місцями в кристалічній решітці, створюючи дефекти, через які втрачалася енергія. При цьому виявити і кількісно оцінити ці дефекти наявними методами було практично неможливо, що сильно уповільнювало дослідження.

Прорив і перспективи

Нещодавні досягнення в хімії та матеріалознавстві дали змогу зробити прорив. Вчені розробили методи хімічної обробки із застосуванням інноваційних розчинників (зокрема, 2-метоксіетанолу) і навчилися точніше контролювати процес кристалізації. Так вони змогли придушити утворення дефектів і підвищити ефективність кестеритових осередків майже до 17%.

Експерти впевнені, що в найближчі п'ять років вдасться досягти показника в 20%, який вважається порогом комерційної життєздатності. Один із найперспективніших напрямків для кестериту — тандемні сонячні комірки. Його можна наносити тонким шаром поверх традиційної кремнієвої панелі. Кестеритовий шар поглинатиме високоенергетичну частину сонячного спектра, а кремнієвий — низькоенергетичну, що значно покращує загальну ефективність за мінімального подорожчання.

Раніше Фокус писав, що треба знати, якщо зважилися на купівлю будинку з сонячними панелями. Вони знижують витрати на електрику і роблять господаря менш залежним від звичайної мережі. Здавалося б, можна відразу купити будинок з уже встановленими сонячними панелями. Але не все так просто.