В условиях растущего спроса на чистые и эффективные источники энергии солнечная энергетика остаётся одним из главных кандидатов на роль двигателя «зелёного перехода». Однако инженеры по всему миру всё ещё ищут идеальный баланс между эффективностью, стабильностью и стоимостью солнечных панелей.
Новый шаг к солнечным батареям будущего
Одним из самых перспективных направлений стали тандемные солнечные элементы на основе перовскита и кремния (TSC) — технологии, способные превзойти традиционные кремниевые панели по коэффициенту преобразования энергии. Но пока масштабирование таких ячеек до промышленного уровня вызывает серьёзные трудности.
Команда инженеров из Гонконгского политехнического университета (PolyU) под руководством профессоров Ли Гана (Li Gang) и Ян Гуана (Yang Guang) сообщила о важном прорыве в решении этих проблем. Учёные работают над тем, чтобы поднять эффективность преобразования энергии перовскит-кремниевых TSC с нынешних 34% до почти 40% — показателя, который ещё недавно считался недостижимым.
Их исследования дают чёткую дорожную карту по улучшению не только эффективности, но и стабильности, а также масштабируемости технологии — трёх ключевых факторов, без которых массовое внедрение невозможно. Это особенно важно для достижения целей Китая по углеродной нейтральности.
Как это работает и что мешает
Перовскит — уникальный материал, способный улавливать свет в широком спектре, что делает его идеальным дополнением к кремнию. Но у него есть и ахиллесова пята: он чувствителен к влаге, кислороду, ультрафиолету и перепадам температуры. Всё это со временем снижает производительность панелей.
Кроме того, при переходе от лабораторных образцов к крупным модулям инженеры сталкиваются с технологическими барьерами — необходимо обеспечить равномерность материалов и контроль дефектов при массовом производстве. Долговременные испытания на открытом воздухе только начинаются, и данных о реальной надёжности пока немного.
Чтобы ускорить развитие, исследователи предлагают использовать ускоренные тесты стабильности, основанные на международных стандартах IEC. «Особое внимание следует уделить тому, чтобы применяемые материалы и методы соответствовали промышленным нормам», — подчёркивает профессор Ли.
Экология и устойчивость
Несмотря на то что перовскиты считаются относительно дешёвыми, они часто содержат редкие элементы и свинец, что вызывает экологические опасения. Поэтому команда PolyU настаивает на разработке экологичных аналогов и создании систем переработки и утилизации свинца, чтобы технология оставалась устойчивой в долгосрочной перспективе.
Такой подход объединяет научные инновации с экологической ответственностью — и делает перовскит-кремниевые TSC одним из ключевых элементов будущей чистой энергетики.
Путь к коммерческому запуску
Учёные подчёркивают: для успешного внедрения необходима тесная кооперация между академией, промышленностью и исследовательскими центрами.
«Чтобы снизить себестоимость вырабатываемой энергии, мы должны решить оставшиеся научные задачи и объединить достижения в области материаловедения, инженерии устройств и экономического моделирования», — поясняет профессор Ян.
По его словам, достижение 40% эффективности может стать решающим шагом в переходе от лабораторных прототипов к массовому производству — и дать мощный импульс глобальной декарбонизации.
«Мы стремимся обеспечить стабильные поставки высокоэффективной возобновляемой энергии для отраслей с высоким энергопотреблением, включая искусственный интеллект, — добавляет Ян Гуан. — Это поможет ускорить низкоуглеродную трансформацию всей энергетической системы».
Если цель PolyU будет достигнута, то тандемные солнечные панели наконец смогут перейти из лабораторий на крыши домов и промышленные объекты, открывая новую эру солнечной энергетики.
Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics.
