Вошли в свет: ученые повысили срок службы солнечных батарей в пять раз

Российским ученым удалось в пять раз увеличить срок службы солнечных батарей на основе перовскита. Они могут составить конкуренцию используемым сегодня кремниевым панелям. Это снизит стоимость электричества, которое получают за счет энергии солнца. На днях премьер-министр Михаил Мишустин поручил упростить процедуру подключения солнечных батарей, используемых в домохозяйствах, к энергосетям. В скором времени зарегистрировать небольшую солнечную электростанцию можно будет через интернет не выходя из дома. Эксперты уверены, что упрощение этой процедуры вместе с удешевлением фотоэлементов поспособствует массовому переходу частных потребителей на возобновляемые источники энергии. Причем они смогут не только обеспечивать энергией свои дома, но и продавать излишки энергокомпаниям.

Пусть всегда будет солнце

Ученые МИСИС совместно с коллегами из университета Гренобль-Альпы и Римского университета Тор Вергата нашли способ в пять раз увеличить срок службы тонкопленочных солнечных батарей из перовскита — минерала, состоящего из соединения кальция, титана и кислорода. Подобного результата удалось добиться благодаря добавлению в архитектуру устройства сверхтонкой прослойки максенов — соединений углерода и азота с некоторыми металлами из таблицы Менделеева.

Сегодня для преобразования энергии солнца используют в основном фотоэлементы из кремния. Однако они относительно дороги в производстве, поэтому специалисты всего мира пытаются заменить их на более экономичные перовскитные пластины. Батарея на их основе будет вдвое дешевле кремниевой при том же КПД. Но для ее практического применения предстоит решить ряд технических проблем.

Пока фотоэлементы из перовскита слишком недолговечны по сравнению с кремниевыми. Чтобы получить сертификацию продукта и возможность его продавать, перовскитные батареи должны отработать как минимум 10 тыс. часов. Сегодня разработчики преодолели планку в 2500 часов, что в пять раз больше предыдущего результата. Работа продолжается, и конечная цель стоит затраченных усилий, так как стоимость выработки киловатт-часа для кремниевых батарей составляет 24 рубля, а для перовскитных — всего 9 рублей, что с лихвой окупит труд ученых.

— Солнечный элемент — это сэндвич из нескольких слоев, сверху которого находится один электрод, а снизу — другой: плюс и минус. Сверху идет сильная коррозия, которая возникает из-за того, что в составе перовскита есть йод. Вследствие некоторых реакций он начинает двигаться к металлическому электроду, из-за чего тот коррозирует. Мы придумали защищать этот электрод добавлением максена, и этот способ оказался очень эффективным, — пояснил заместитель заведующего лабораторией перспективной солнечной энергетики университета МИСИС Данила Саранин.

Сейчас солнечная генерация становится всё более конкурентоспособной и вытесняет традиционные источники энергии. По показателям экологичности и экономичности она может быть более выгодной, чем угольная, рассказал «Известиям» профессор Высшей школы гидротехнического и энергетического строительства инженерно-строительного института СПбПУ Виктор Елистратов. В тех регионах, где достаточно солнечного света, владельцы частных домов, которые ставят себе солнечные батареи, могут не только обеспечивать электричеством себя, но и продавать излишки.

— Согласно закону о микрогенерации, домохозяйства, которые используют возобновляемые источники энергии, могут продавать через общую сеть излишки электричества до 15 кВт в час, — сказал Виктор Елистратов.

Эта практика пока не получила достаточного распространения в том числе потому, что подключить свою мини-электростанцию (а она может состоять хоть из десятка панелей на крыше вашего дома) к общим сетям относительно сложно. Но 2 сентября премьер-министр России Михаил Мишустин поручил упростить эту процедуру. Предполагается, что документы, необходимые для регистрации этих источников энергии, можно будет оформить через портал «Госуслуги». Цель — увеличить количество частных пользователей, производящих электроэнергию для себя и на продажу. Но для дальнейшего развития зеленой энергетики не менее важно снизить стоимость оборудования, что сократит срок окупаемости солнечных батарей и увеличит число желающих их покупать.

Неисчерпанная возможность

Перовскитные пленки можно наносить на любую, даже гибкую подложку. И сами по себе они намного дешевле

кремниевых. При производстве кремния есть две дорогостоящие стадии: восстановление этого вещества из кварца и очистка его от примесей. Перовскит можно сразу получать чистым, поэтому он дешевле, разъяснил «Известиям» координатор программы экологизации промышленности Центра охраны дикой природы Игорь Шкрадюк.

— Перовскитные батареи действительно менее стойкие из-за свойств самого перовскита, но эту проблему можно решить. Вопрос лишь в том, как скоро это случится. Но над задачей бьются тысячи инженеров во всем мире, — сказал Игорь Шкрадюк.

В научно-техническом центре «Хевел», который занимается исследованиями в области солнечной энергетики, «Известиям» сообщили, что к преимуществам перовскитных солнечных батарей относится хорошая способность этого минерала улавливать солнечное излучение, а также простота изготовления образцов в лабораторных условиях по сравнению с элементами на основе кремния.

— У кремниевых батарей в случае использования монокристаллического слоя КПД достигает около 25%, однако возможности по увеличению этого показателя практически исчерпаны. В случае первокситных солнечных батарей КПД приближается к 20–25 %, причем возможности для повышения этого показателя еще остаются, — сказал научный сотрудник кафедры физической химии СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Макарий Ломакин.

Стоимость изготовления перовскитных солнечных батарей заметно ниже, чем в случае с монокристаллическим кремнием. Однако к настоящему моменту по показателям стабильности и сроку службы эти батареи пока проигрывают из-за заметного снижение срока службы в случае, например, работы при повышенной температуре или влажности, добавил специалист.