Первый российский гибкий тонкопленочный солнечный элемент

0 891
0

Первый российский гибкий тонкопленочный солнечный элементГруппа ученых НИТУ «МИСиС» под руководством профессора Анвара Захидова представила технологию создания тонкопленочного фотоэлемента на основе гибридного металл-органического соединения — перовскита, позволяющего преобразовывать энергию солнечного излучения в электрическую с КПД выше 15%, при планируемых показателях более 20%. В ближайшее время легкие, гибкие и дешевые панели солнечных батарей на основе перовскитов будут использоваться для зарядки и электропитания устройств в спектре от планшета до электросетей зданий. 

Альтернативная энергетика формата «solar power» развивается давно и успешно за счет солнечных кремниевых батарей. Однако существенный минус технологии — ее дороговизна из-за высокотехнологического, энергоемкого и токсичного производства кремния, который отличается малой гибкостью, хрупкостью и большой массой панелей, что сильно сужает диапазон его применения.

Металло-органические перовскиты, как класс соединений, — это революция в материалах для оптоэлектроники и солнечной энергетики, которая вывела ее на принципиально новый уровень. Его уникальность в новом механизме преобразования солнечной энергии в электрическую с повышенной эффективностью.

Научный коллектив НИТУ «МИСиС», состоящий из сотрудников Центра энергоэффективности, кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников, совместно с коллегами из университета Техаса в Далласе (University of Texas at Dallas) впервые в России создал прототип тандемного устройства с применением фотовольтаических ячеек в монолитном соединении с использованием углеродных нанотрубок. Многослойный тандем может сочетать в себе подъячейки из перовскита (на основе солей иодида свинца и метил-аммония йода) с традиционными кремниевыми солнечными элементами для преобразования в электричество всего спектра видимого излучения солнечного света.

Первый российский гибкий тонкопленочный солнечный элемент

Нанесение фотоактивных слоев перовскитов

 

«Ученые НИТУ "МИСиС" стали первым в нашей стране научным коллективом, которому удалось создать прототип тандемного перовскитного фотоэлемента. Проект по разработке альтернативных источников энергии данного типа не имеет аналогов в России, и обещает стать прорывом в сфере автономной энергетики. Сейчас ученые тестируют полученный прототип устройства и планируют перейти к промышленным испытаниям фотоэлемента в 2017 году», — сообщила ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова.

Главное революционное преимущество перовскитной технологии, выводящее фотовольтаику на новый уровень, — активные слои этих солнечных элементов возможно наносить из жидких растворов на тонкие и гибкие подложки. Так называемая технология «Roll to roll» позволяет размещать солнечные батареи на поверхностях любой кривизны. Это могут быть оконные полупрозрачные «энерго-шторы» домов и машин, фасады и крыши зданий, бытовая электроника, гаджеты и т.д.

Первый российский гибкий тонкопленочный солнечный элемент

Внешний вид разрабатываемых солнечных элементов и материалов

 

Таким образом, диапазон применения такой «зарядки от Солнца», по сравнению с традиционными кремниевыми солнечными батареями, расширяется на порядок — в него попадают вся носимая электроника, автопром, бытовая техника, технологии «умный дом», обеспечение электричеством жилых домов и помещений.

На сегодняшний день расчетная стоимость квадратного метра перовскитных солнечных панелей составляет менее 100 долларов США, тогда как квадратный метр лучших кремниевых обходится в 300 долларов США. В массовом производстве разница станет 4-6-кратной. Дешевое производство нового класса устройств позволит значительно сократить использование традиционной энергетики за счет экологически чистой и доступной фотовольтаики.

 

Первый российский гибкий тонкопленочный солнечный элемент

 Загрузка реактивов в перчаточный бокс с инертной средой 

 


По словам руководителя проекта Анвара Захидова, «главным преимуществом гибридных перовскитов является простота их получения из обычных солей металлов и промышленных химических органических соединений, а не из дорогих и редких элементов, используемых в высокоэффективных полупроводниковых аналогах, таких, как солнечные батареи на основе кремния и арсенида галлия. Не менее важно, что материалы на основе перовскита могут быть использованы для печати фото-электроники не только на стекло, но и на другие материалы и поверхности. Это делает батареи гораздо дешевле, чем при более сложных способах получения тонкопленочных солнечных элементов».


 

Первый российский гибкий тонкопленочный солнечный элемент

 Перовскит (кристаллы до 1,5 см). Кольский полуостров, Россия 

 

Кристаллы перовскита были открыты в 1839 году на Южном Урале. Их необычная кристаллическая структура типа ABX3 названа в честь c русского минеролога Львa Перовскoгo, первым обнаружившего одну из их разновидностей. Сегодня перовскиты для производства фотовольтаических элементов синтезируются из простых и доступных химических элементов, типа йода, солей аммония, бора, свинца. Гибридные перовскиты, в которых А — органическая молекула (например метил-амин), B — это металл (Pb или Sn), а X — галоген (I, Br, Cl) — это самая передовая область исследований в сфере солнечной энергетики третьего поколения, в которой ожидаются существенные открытия в сфере создания сверхстабильных «сплавов» перовскитов, в том числе, учеными НИТУ «МИСиС». 

 

 Профессор Анвар Захидов — ведущий эксперт Центра энергоэффективности НИТУ «МИСиС», руководитель проекта Программы 5-100, профессор университета Техаса в Далласе (США). Руководит совместной российско-американской группой ученых, занимающейся разработкой перовскитных источников энергии.



Источник | Опубликовал: RFProject


и поделитесь с друзьями в соц сетях:


Добавить комментарий

Похожие новости