«Зелёное» развитие: как учёные совершенствуют солнечные батареи

Генерация солнечной энергии до сих пор больше связана с модой, чем с отраслью энергетики. Однако учёные активно работают над новыми батареями.

На рынке уже появляются устройства с впечатляющими перспективами. Хотя доля солнечной энергии в глобальной генерации выросла почти до четырёх процентов в 2021 году, этот показатель остаётся незначительным, сообщил Forbes.

Основная проблема энергии солнца и ветра в том, что производится она только днём, а её объёмы зависят от сезона и погоды. Поэтому стабильное круглосуточное обеспечение снабжения — сложная задача. Можно было бы создавать дублирующие электростанции, но такой способ слишком дорогой. Также возможно запасать избыток энергии в аккумуляторах, но эти батареи требуют существенной доработки. Тем не менее у направления «зелёной» энергии в науке достаточно большой потенциал для дальнейшего развития.

Традиционные солнечные батареи изготавливаются из кристаллического кремния. Их главный коммерческий недостаток —  низкая эффективность, но они служат 20-30 лет и по-прежнему считаются наилучшим технологическим компромиссом. Заменить кремний может новый материал — перовскиты. Это минералы на основе титаната кальция с особенным расположением атомов в кристаллической решётке. В экспериментальных образцах часто применяют перовскиты на основе солей свинца. Это позволяет увеличить эффективность фотоэлемента более чем в два раза, особенно если применять комбинированные перовскит-кремниевые элементы.

Однако у этих минералов есть ряд серьёзных недостатков. Они недолговечны, потому что их легко повреждают кислород и влага. В отличие от кремния, отходы перовскитов содержат свинец, поэтому они более токсичны для окружающей среды. Ещё одним проблемным вопросом является себестоимость перовскитных устройств. Например, в некоторых разработках в дополнение к солям свинца и олова используют дорогие металлы — рубидий и цезий. Они позволяют продлить срок службы устройства.

Задний контакт — электрод, который снимает вырабатываемый ток, — обычно изготовлен из серебра или золота. Нанесение драгметалла происходит в вакуумной камере при высокой температуре, что увеличивает стоимость батареи. В последние годы в качестве замены золоту было предложено использование углерода, но, опять же, потребовались его дорогостоящие формы. Но недавно инженерам удалось заменить золото на более доступный двухслойный материал, и при этом увеличить эффективность перовскитного фотоэлемента. Но насколько конструкция будет долговечной, пока неизвестно. Учёным предстоит решить ещё много проблем перед выходом инновационных батарей на рынок, но этот путь так или иначе проходят все технологические новинки.