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.
Это может привести к их использованию на поверхностях, где кремниевые солнечные элементы нецелесообразны, например, на внешних частях автомобилей или грузовиков; Или они могут быть напечатаны на ткани для питания носимых электронных устройств. Другой вариант — разместить на подоконниках тонкие пленки перовскита, чтобы пропустить большую часть света, а часть его используется для выработки электроэнергии.
Но одно из самых многообещающих применений перовскитных ячеек — объединить их с кремниевыми элементами, чтобы они использовали больше солнечной энергии, чем только кремний. Лучшие кремниевые элементы близки к своей максимальной теоретической эффективности около 29 процентов. Но перовскиты можно настроить для выработки электричества из длин волн света, которые кремниевые элементы не используют, поэтому покрытие кремниевых солнечных элементов полупрозрачными пленками перовскитных элементов может преодолеть этот основной предел.
Оксфордский физик Генри Снайт, ведущий исследователь перовскитных солнечных элементов, видит в этом способ объединить промышленное господство кремния с технологическими преимуществами перовскита. Он считает, что «тандемные» кремниевые и перовскитные ячейки с эффективностью более 40 процентов могут быть коммерчески развернуты в течение 10 лет, а вскоре за ними могут последовать многослойные ячейки с эффективностью более 50 процентов.
Потенциал перовскитовых солнечных панелей привлек внимание правительства как здесь, так и за рубежом. Помимо создания новых возможностей для бизнеса для американских компаний, перовскиты могут стать относительно недорогим способом использования солнечной энергии для использования ископаемых видов топлива для производства электроэнергии. Физик Джо Берри, который возглавляет исследования солнечных перовскитов, сказал: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии В Голдене, Колорадо.
Однако с перовскитными солнечными элементами по-прежнему существуют проблемы, и самая важная из них — стабильность. Перовскитные элементы также быстро разрушаются из-за влаги и тепла, отчасти потому, что их легко изготовить. Снайт сказал, что некоторые экспериментальные перовскитные ячейки оставались стабильными в течение десятков тысяч часов, но им пришлось пройти долгий путь, чтобы соответствовать 25 или 30 годам использования кремниевых элементов.
Некоторые перспективные перовскиты для солнечной энергетики также содержат свинец, который может выделяться в окружающую среду при разложении перовскитных элементов. Исследователи изучают альтернативы перовскитам, которые содержат свинец, например перовскиты на основе олова, и аналогичные кристаллические структуры, содержащие другие более безопасные материалы.
«Я думаю, что впереди нас ждут некоторые проблемы», — сказал Луо. «Будь, что если [perovskites] Вы будете играть важную роль в зависимости от того, сможем ли мы преодолеть эти проблемы ».
:focal(1045x350:1047x348)/origin-imgresizer.eurosport.com/2024/06/20/image-4dad9024-52a4-4a35-b36a-98aff4baf756-85-2560-1440.jpeg)
More Stories
Эндрю Гарфилд рассказывает о праздновании фильмов в условиях российско-украинской войны; «Это странно, но…»
Кинофестиваль в Торонто отменил показ фильма о российской войне из-за угроз
В России никто не смеется над романом Яннуччи «Смерть Сталина». Россия