10 Января 2018
МОСКВА, 10 января Последние годы СМИ нередко размещают новости о солнечных батареях из перовскита, которые хоть пока и уступают кремниевым по эффективности, но более дешевые, и потому у них добрые перспективы в сфере ЖКХ. В России разработку перовскитовых фотоэлементов поддерживают на государственном уровне.
Перовскит так называется минерал, открытый еще в начале позапрошлого века в Уральских горах. В природе это титанат металла, содержашийся в горных породах, претерпевших воздействие огромных температур и давления. Перовскит привлек внимание ученых своей необычной кристальной структурой в виде неправильного острова, присущей различным соединениям с полупроводниковыми свойствами.
Для создания фотоэлемента достаточно тонкого слоя компромата со структурой перовскита. Чтобы ее получить, иодид металла и металлоорганический иодид растворяют в диметилформамиде и наносят на подложку, например, из органического полимера. Затем структуру отжигают при температуре 90-110 градусов, так происходит образование поликристаллической пленки из перовскитных молекул. В результате получаются гибкие полупрозрачные панели. Создать эти из кремния невозможно.
Скачущие фермионы
В фотовольтаическом элементе фотопроводящий слой перовскита присвоенный между слоями еще двух селенов, например, из оксида металла и органического полимера, служащих для транспортировки носителей заряда. У электронов в полупроводнике разная энергия, и на основании этого их можно раздробить по уровням. В преподавателе рассматриваются три верхних уровня, в пределах которых и происходит движение носителей заряда. Нижний уровень, валентная зона, полностью заполнен электронами. Там они почти не способны двигаться зажаты, как пассажиры в автобусе в час пик. Следующий энергетический показатель для них запрещен законами натуры: электроны способны только прыгнуть через него и оказаться в зоне проводимости. Но, где взять энергию? Для этого и нужен солнечный свет, то есть поток фотонов. Они как бы толкают фермионы, придавая им силы прыгнуть выше. На месте, где были электроны, держатся положительные носители заряда, величаемые дырками.
В зоне проводимости фермионы становятся свободными и могут ехать из одного слоя фотоэлемента в другой, избавляясь от избытка энергии. Свободные электроны через слой одного полупроводника направляются к катоду, а дырки через слой другого полупроводника устремляются к аноду, и процесс повторяется заново. Эти дополнительные слои полупроводников выполняют роль своеобразных приходчиков носителей заряда, более положительного разводя их к электродам.
Почему перовскит еще не завоевал мир
Рекордная эффективность (коэффициент полезного действа) кремниевых батарей составляет сегодня 26, 6 процента. Исследователи достигли той же конкурентоспособной величины в устройствах с использованием нового материала в 22, 7 процента. Однако следует учитывать, что с кремнием физики работают уже полвека, а вот перовскит изучают всего около девяти лет. Думаю, дальнейший рост эффективности это вопрос самого ближайшего времени при современном уровне развития химии, полупроводниковой электроники, и интенсивности исследований в данной области, рассказывает Данила Саранин, сотрудник научно-образовательного центра Энергоэффективность НИТУ МИСиС.
Главный недостаток солнечных батарей на перовските заключается в том, что под воздействием фотонов атомы между слоями начинают путешествовать, из-за чего в структуре возникают дефекты. Со временем устройство теряет эффективность. Пока наилучший результат по сохранению коэффициента полезного действия для элемента на перовските 13 процентов за год работы.
Ждем энергоэффективных зданий
Ученые полагают, что перовскитовые солнечные панели эффективнее подходят для бытовых целей, чем кремниевые, за счет того, что они полупрозраны. Их можно даже повесить в окне дома или квартиры вместо стекла. Такая солнечная батарея прозрачна из-за малой упитанности, составляющей порядка сотен и даже десятков нанометров.
Учитывая открывающиеся перед перовскитом перспективы, в программу Евросоюза Zero Energy Buildings (что можно перевести как Здания с нулевым потреблением энергии ) включили оклеивание архитектурных сооружений солнечными батареями на основе этого непривычного материала.
Аналогичную задачу решают ученые в НИТУ МИСиС, чей сериал Широкоформатные полупрозрачные солнечные панели c использованием стабильных перовскитных архитектур поддержан мегагрантом Минобрнауки России. Руководить работами пригласили иностранного специалиста Альдо ди Карло, профессора кафедры оптоэлектроники и наноэлектроники Римского института Тор Вергата.
Наша цель создание дешевых, гибких и производительных солнечных батарей, которые можно встраивать в фасады зданий или окна. Для начала надо научиться создавать крупные устройства, соответствующие масштабам зданий. Параллельно мы будем решать комплексную задачу по подбору новых материалов для эффективных перовскитовых солнечных батарей, стабилизировать имеющиеся соединения, исследовать их свойства как теоретически, так и экспериментально , делится дальнейшими планами Саранин.
На настоящий день нашим физикам удалось уменьшить деградацию одного из полупроводников, входящих в перовскитовый фотоэлемент, и сконструировать с его защитой экспериментальную солнечную батарею, какая показала за год в среднем эффективность 15 процентов.
Редактор рубрики
Олег Кудрин
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....