В 1839 году немецкий ученый Густав Розе отправился на поиски в Уральские горы и обнаружил темный, блестящий минерал. Он назвал титанат кальция «перовскитом» в честь русского минералога Льва Перовского. Этот минерал был одним из многих, которые Роуз обнаружил для науки, но почти два века спустя материалы, имеющие кристаллическую структуру перовскита, могут изменить устойчивую энергетику и борьбу с изменением климата, значительно повысив эффективность коммерческих солнечных батарей.
В прошлом году на солнечные батареи пришлось почти 5% производства энергии в США, что почти в 11 раз больше, чем 10 лет назад, и достаточно для обеспечения энергией около 25 миллионов домохозяйств. Это самый быстрорастущий источник новой энергии, на который в 2022 году будет приходиться 50% всего нового производства электроэнергии. Однако почти все солнечные модули, используемые сегодня для производства электроэнергии, состоят из обычных кремниевых панелей, изготовленных в Китае, — технология, которая мало изменилась с тех пор, как кремниевые элементы были открыты в 1950-х годах.
Другие используемые материалы, такие как арсенид галлия, селенид галлия индия меди и теллурид кадмия — последний является ключом к росту крупнейшей американской солнечной компании First Solar.
Может быть очень дорогим или токсичным. Сторонники солнечных батарей на основе перовскита говорят, что они могут превзойти кремний, по крайней мере, по двум параметрам и ускорить усилия в борьбе с изменением климата. Только на этой неделе компания First Solar объявила о приобретении европейского игрока в области перовскитовых технологий Evolar.
Кремниевые пределы солнечных батарей
Фотогальванические элементы преобразуют фотоны солнечного света в электричество. Но не все фотоны одинаковы. Они обладают разным количеством энергии и соответствуют разным длинам волн в солнечном спектре. Элементы, изготовленные из перовскитов, которые относятся к различным материалам с кристаллической структурой, напоминающей структуру минерала, имеют более высокий коэффициент поглощения, что означает, что они могут захватывать более широкий диапазон энергий фотонов в спектре солнечного света для получения большего количества энергии. В то время как стандартные коммерческие кремниевые элементы имеют КПД около 21%, лабораторные перовскитовые элементы имеют КПД до 25,7% для элементов, основанных только на перовските, и до 31,25% для элементов, объединенных с кремнием в так называемые тандемные элементы. Между тем, даже несмотря на рост эффективности кремния, однопереходные ячейки сталкиваются с теоретическим барьером максимальной эффективности в 29%, известным как предел Шокли-Куиссера; практический предел составляет всего 24%.
Кроме того, производство перовскитных элементов может быть более экологичным, чем кремниевых. Для удаления примесей из кремния требуется интенсивное тепло и большое количество энергии, что приводит к большим выбросам углерода. Кроме того, для работы он должен быть относительно толстым. Перовскитовые ячейки очень тонкие — менее 1 микрометра — и могут быть окрашены или напылены на поверхности, что делает их производство относительно дешевым.