Солнечные батареи достигают предела своих возможностей. Эти кристаллы могут это изменить.

Когда администрация Байдена объявила в конце марта Инициатива на 128 миллионов долларов Чтобы снизить расходы на солнечную энергию, большая часть средств пошла на исследовательские материалы, названные в честь загадочного русского геолога и дворянина XIX века Льва Перовского.

Среди перечисленных проектов: 40 миллионов долларов на исследования и разработку так называемых перовскитов, которые ученые используют, чтобы раздвинуть границы эффективности и адаптируемости солнечных элементов.

И хотя в перовскитах нет ничего нового — они были впервые обнаружены на Русском Урале в 1839 году и являются относительно обычным явлением — их недавнее применение в солнечной технологии вселило надежду на то, что люди будут лучше использовать их для использования тысяч мегаватт энергии. Энергия солнца, падающая на землю каждый час.

«Я думаю, что перовскиты — одна из самых интересных возможностей для солнечных батарей в ближайшем будущем», — сказал Дэвид Митци, профессор машиностроения и материаловедения в Университете Дьюка, изучавший материалы с 1990-х годов.

Митци сказал, что любая новая технология солнечной энергии должна конкурировать с кремниевыми солнечными элементами, хорошо зарекомендовавшей себя технологией, используемой более 50 лет. Но перовскиты могут повысить эффективность кремниевых ячеек и, возможно, напрямую конкурировать с ними: «Я думаю, что возможности определенно есть».

Эффективность — лишь одна из характеристик. Перовскитные элементы могут быть легко изготовлены из различных генерирующих материалов и при гораздо более низких температурах — и, следовательно, потенциально дешевле — чем кремниевые элементы. Но прежде чем кремний можно будет полностью заменить, необходимо решить вопрос о стабильности и долговечности перовскитных ячеек.

Ученые открыли целый класс перовскитов с определенной структурой, включая три различных химиката в кристаллической кубической форме. Много лет назад они поняли, что некоторые перовскиты являются полупроводниками, например кремний, используемый в электронике. Но только в 2009 году исследователи обнаружили, что перовскиты также можно использовать для создания солнечных элементов, которые преобразуют солнечный свет в полезное электричество.

Первые перовскитные ячейки имели очень низкий КПД, поэтому большая часть падающего на них солнечного света не использовалась. Но они быстро улучшились.

«Эффективность, с которой солнечные элементы, содержащие перовскиты, преобразуют солнечный свет в электроны, выросла с действительно поразительной скоростью, до такой степени, что теперь эффективность приближается к эффективности кремниевых солнечных элементов в лаборатории», — сказал профессор университета Линь Лу. Принстонский университет, химическая инженерия и директор Центр Андлингера энергетики и окружающей среды. «Вот почему мы так взволнованы этим классом материалов».

Перовскитные солнечные элементы также могут быть изготовлены относительно легко — в отличие от кремниевых элементов, которые необходимо очищать при очень высоких температурах и, следовательно, для их изготовления требуется много энергии. Перовскиты могут изготавливаться в виде тонких листов при низких температурах или в виде чернил, которые можно эффективно «печатать» на подложках для других материалов, таких как гибкие рулоны пластика.