Чудо-матеріал перовськіт: як він може завершити еру батарейок

Уявіть світ, де освітлення у вашій кімнаті, прозорі вікна чи дах автомобіля самі генерують електрику, живлячи пристрої без необхідності в традиційних батарейках чи постійних дротових підключеннях. Це не наукова фантастика, а реальність, яку обіцяє технологія на основі матеріалу, відомого як перовськіт. Видання BBC, описуючи цю технологію, зазначає, що вона може змінити правила гри в енергетиці, започаткувавши нову еру сонячної генерації. Ми підготували виклад найважливішого: детальний аналіз наукового прориву, практичний потенціал та існуючі виклики, які стоять на шляху до комерційного успіху.

Перовськіт: відкриття, що кидає виклик кремнію

Перовськіт — це назва, що сьогодні стосується цілої групи синтетичних кристалів, які складаються з доступних елементів, таких як свинець, олово, бром та хлор. Хоча його перші зразки були відкриті ще у 1839 році, справжнє значення матеріал отримав лише у XXI столітті завдяки своїм унікальним властивостям.

Справжня сила цих кристалів прихована в їхній унікальній здатності ловити сонячне світло і перетворювати його на електрику. На відміну від традиційного кремнію, перовськіт має перевагу: його електрони рухаються надзвичайно швидко, що дозволяє матеріалу перетворювати на енергію значно більшу частину спектра сонячного світла. Ця функція дозволяє вловлювати навіть ті промені, які кремній не може використати, що робить його незамінним для технологій майбутнього.

Сила в тандемі: подвоєння ефективності

Найбільш значущий прорив у цій сфері стався завдяки так званим тандемним сонячним елементам. Хоча перовськітові елементи можна використовувати окремо, наприклад, розпилюючи їх безпосередньо на прозорі поверхні, як-от скло вікон, максимальна ефективність досягається саме при поєднанні з традиційними кремнієвими панелями.

Це поєднання дозволяє використати найкраще від обох матеріалів. Кремнієвий шар забезпечує свою стандартну ефективність у межах 21-23% (за теоретичного максимуму близько 33%). Натомість, перовськітний шар захоплює ту частину спектра, яку кремній пропускає.

Результат цього «тандему» — різке зростання ефективності. Коли перовськіт поєднують із кремнієм, ефективність панелі може підскочити до фантастичних 47%. Це майже вдвічі більше енергії з тієї самої кількості сонячного світла, відкриваючи можливості для даху будинку, що удвічі краще збирає промені, або електромобіля, що заряджається просто на сонці. З погляду економічної вигоди, внутрішні оцінки Oxford PV показують, що підвищена ефективність тандемних панелей може знизити вартість виробленої електрики до 10% порівняно зі звичайними кремнієвими.

Від лабораторії до реального світу: тестування та комерціалізація

Розвиток технології вже вийшов за межі суто теоретичних досліджень. Стартап Oxford PV, що виріс з Оксфордського університету, є одним з багатьох світових проєктів, які створюють технологію нового покоління.

У своїх лабораторіях, зокрема в Німеччині, вчені проводять інтенсивні випробування зразків сонячних елементів. Вони сканують їх під електронними мікроскопами, перевіряють їхню стійкість до вологи та різких перепадів температур, моделюючи роки експлуатації за лічені тижні. Лаура Міранда, керівниця відділу сталого розвитку Oxford PV, пояснює, що ці випробування дозволяють зрозуміти, як елементи будуть зношуватися в реальних умовах, не чекаючи 10-15 років.

Oxford PV вже зробила крок до комерціалізації, виробляючи панелі в Німеччині та відправивши перші тандемні панелі на сонячну ферму в США. Їхня ефективність наразі становить 24,5%, і компанія продовжує уважно відстежувати результати в різних регіонах світу. Тим часом стартапи у США та Китаї теж активно розвивають технологію. У 2025 році китайська компанія Trinasolar повідомила про рекордну ефективність тандемного елемента 31,1%, а інші учасники ринку заявляють про показники до 33,9%.

Головні виклики: надійність та екологічні аспекти

Незважаючи на значний потенціал, технологія стикається з серйозними практичними викликами:

1. Стійкість до факторів середовища: Перовськіт залишається чутливим до вологи та перегріву, що може пришвидшувати його старіння.
2. Довгострокові гарантії: Знання про довгострокову надійність є критично важливим для комерційного запуску. Як зазначає Джозеф Беррі з Національної лабораторії відновлюваної енергії США, виробники кремнієвих модулів можуть гарантувати 30 років роботи, бо мають 30 років даних, а у перовськіта таких даних поки що немає. Головне питання поки залишається відкритим: чи витримають вони випробування реальним світом.
3. Екологічні аспекти: Виробництво тандемних панелей вимагає більше ресурсів та енергії, тому їхній вплив на довкілля приблизно на 7% вищий, ніж у звичайних кремнієвих.
4. Токсичність свинцю: Окреме занепокоєння викликає вміст свинцю — токсичного елемента, потенційно небезпечного для людини та природи. Науковці та стартапи, однак, наголошують, що кількість свинцю мінімальна порівняно з обсягом виробленої енергії, а переробка та утилізація зроблять технологію безпечною.

Нова сонячна реальність

Сонячна енергетика вже демонструє шалені темпи розвитку. На сьогодні вона забезпечує майже 7% світового виробництва електрики, при цьому у 2024 році її виробництво зросло на 29%. Сонячні панелі вже стали другим за вартістю джерелом електроенергії після вітру на суші.

Перовськітні панелі відкривають нові горизонти завдяки своїй високій ефективності при відносно низькій вартості. Хоча основна мета — сонячні ферми та дахи будинків, вони розширюють можливості і для інших сфер: їх можна використовувати на дахах електромобілів або навіть для живлення супутників у космосі. Компанія Panasonic у Японії вже планує вбудовувати панелі з перовськіту прямо у вікна будівель.

Експерти вважають, що майбутнє сонячної енергетики непохитно веде до перовськітних тандемних панелей. Це може стати справжньою революцією у способі, яким ми отримуємо енергію. Лабораторні досягнення важливі, але, як підкреслює Джозеф Беррі, лише практичне використання покаже їхню справжню цінність.