Прорыв в солнечных технологиях: ученые открыли новый материал для сверхэффективных панелей
Халькогенидные перовскиты устойчивы к дефектам и деградации, осталось лишь устранить некоторые проблемы их производства.
Группа ученых из Австралии предложила технологию, которая может повысить эффективность солнечных панелей до 38%. Они опубликовали материалы своего исследования в научном журнале Communications Materials.
Команда из Австралийского центра усовершенствованной фотоэлектрической техники изучали BaZrS3 (BZS) — разновидность халькогенидного перовскита. Халькогениды — это класс материалов, включающий сульфиды, селениды и теллуриды. В отличие от галогенидных перовскитов, BZS стабилен, нетоксичен и сохраняет свойства, благоприятные для солнечных элементов.
С помощью суперкомпьютера исследователи обнаружили версию BZS со слабой сегнетоэлектрикой — свойством возникновения спонтанной поляризации в кристалле при определенных температурах даже при отсутствии внешнего электрического поля. Применив деформацию, они улучшили его свойства, чтобы имитировать экзотические черты галоидных перовскитов, которые защищают их от дефектов, снижающих эффективность преобразования энергии.
Ученые предложили амбициозный проект: сложить вместе до 100 ультратонких полупрозрачных слоев BZS для повышения эффективности. В сочетании с имеющимися кремниевыми солнечными технологиями панель может достичь уровня эффективности более 38%.
Руководитель команды Алирезы Ягуби признает, что сейчас изготовление солнечных элементов BZS является сложной задачей. Стабильность материала часто также означает сложность его производства.
Десятилетиями кремний был основным материалом для изготовления фотоэлектрических элементов, но он имеет теоретический предел эффективности в 29,4% и оборудование уже к нему приближается. Чтобы преодолеть это ограничение, ученые создают тандемные панели, где кремний дополняется слоями из других материалов, которые вместе поглощают больше света.
Поиск правильных сопутствующих материалов является трудной задачей из-за дефектов, которые снижают их эффективность. Кроме того, господству кремния в этой сфере способствуют производители микрочипов, которые научились создавать безупречные кремниевые пластины.
Галоидные перовскиты считаются очень перспективной группой материалов, ведь с 2009 по 2021 год их эффективность преобразования энергии увеличили на 579%. Для сравнения, пиковое улучшение кремния составило лишь 57% за аналогичный период. Преимуществом галоидных перовскитов является уникальная структура, которая лучше защищает от дефектов. С другой стороны, большинство из них содержат свинец и разрушаются под воздействием тепла, света или воздуха.
BaZrS3 может стать следующим прорывом в солнечных технологиях, пишет сайт TexPlore. В то время как галогенидные перовскиты проложили путь благодаря своему превосходному повышению эффективности, такие проблемы, как токсичность и нестабильность, ограничивают их коммерческий потенциал.
Ранее Фокус писал, что такое перовскиты и как они улучшают солнечную энергетику. Они способны поглощать широкий спектр солнечного света и упрощают производство панелей, хотя пока что имеют свои недостатки, которые ученые пытаются устранить.
