Долгое время казалось, что в солнечной энергетике кремнию нет альтернатив, но потом появился перовскит – более дешевый материал, из которого к тому же можно делать гибкие солнечные элементы.
Перовскитовые солнечные элементы могут быть дешевле, легче и производительнее, чем традиционные панели на основе кремния. Их можно крепить на окна, неровные поверхности и даже на транспорт, что открывает совершенно новые возможности для использования солнечной энергетики. Главная проблема на сегодняшний день состоит в том, чтобы повысить прочность перовскитовых фотоэлементов.
В прошлом году инженеры из Оксфорда зажгли лампу от тонкого солнечного элемента площадью около квадратного сантиметра. Фотоэлектрическая ячейка состояла из двух частей – нижняя была такая же, как в обычных кремниевых панелях, а верхняя была изготовлена из перовскита. Тандемная панель в лабораторных условиях показала конверсию солнечного света в электричество на уровне 28%, что является рекордом для перовскит-кремниевых элементов.
Кремниевые солнечные панели доминируют на рыке (95% от общего объема продаж), но этот материал не идеален: он использует только красную и инфракрасную часть спектра и на практике редко демонстрирует эффективность выше 23%, хотя в теории может преобразовать в электричество до 29% потока фотонов. Перовскит захватывает более широкий диапазон, а солнечные элементы из него можно изгибать и крепить на неровные поверхности.
Компания Oxford PV планирует выпустить на рынок тандемные перовскит-кремниевые панели в конце следующего года, наладив их производство на купленном в 2016 году у компании Bosch Solar заводе в Германии.
На протяжении почти десяти лет все попытки потеснить на рынке кремниевые панели новыми материалами закачивались либо полным крахом, либо отвоеванием небольших профильных ниш. Однако в последние месяцы в стартапы по производству перовскитных солнечных элементов закачаны миллионы долларов с прицелом в скором времени раскачать этот негибкий рынок.
Принимая во внимание коммерческую перспективность перовскита, приходится признать, что этим солнечным элементам придется нагонять налаженное и резко подешевевшее производство кремниевых солнечных элементов. Глобальное снижение цен (почти вполовину) произошло в период с 2010 по 2013 год в результате экспансии китайских производителей. Теперь строительство новых заводов и организация логистических цепочек окажутся экономически оправданными только в том случае, если альтернативный материал будет производительней, дешевле в производстве, универсальным в применении или более стойким, - а лучше обладать всеми перечисленными достоинствами одновременно.
У перовскитовых элементов хорошие шансы на успех: однослойный элемент теоретически может выдать конверсию 33%, а тандемный – до 43%. Это означает, что с сопоставимой по площади тандемной генерирующей установки удастся получить почти в полтора раза больше чистой энергии, чем от кремниевой солнечной панели, или же платить за аренду земли меньше благодаря установке панели меньшей площади, но с сопоставимой производительностью.
Перовскитовые панели дешевле в производстве, в том числе благодаря низкотемпературной технологии. Кроме того, такие солнечные элементы можно изготовить в жидкой форме для нанесения на стекло или пластик по технологии, аналогичной печатному производству.
Единственным, но критическим недостатком перовскита является его нестабильность: высокая конверсия экономически не оправдает себя, если элементы придется менять раз в несколько месяцев или даже лет, а перовскит, как доказано, распадается достаточно быстро под действием ультрафиолета и влаги. Разработчики из Oxford PV планируют выводить тандемные перовскит-кремниевые элементы на рынок в коммерческом виде, приближенном к традиционным кремниевым панелям, пряча перовскитовый слой под стекло. В такой форме материал должен сохраниться дольше, однако одновременно будет утрачено важное коммерческое достоинство перовскитовых элементов – гибкость и возможность нанесения на разные поверхности.
