Группа ученых НИТУ «МИСиС» под руководством профессора Анвара Захидова представила технологию создания тонкопленочного фотоэлемента на основе гибридного металл-органического соединения - перовскита, позволяющего преобразовывать энергию солнечного излучения в электрическую с КПД выше 15%, при планируемых показателях более 20%.

Альтернативная энергетика формата «solar power» развивается давно и успешно за счет солнечных кремниевых батарей. Однако существенный минус технологии — ее дороговизна из-за высокотехнологического, энергоемкого и токсичного производства кремния, который отличается малой гибкостью, хрупкостью и большой массой панелей, что сильно сужает диапазон его применения.

Металло-органические перовскиты, как класс соединений, — это революция в материалах для оптоэлектроники и солнечной энергетики, которая вывела ее на принципиально новый уровень, сообщается в пресс-релизе вуза. Его особенность в новом механизме преобразования солнечной энергии в электрическую с повышенной эффективностью.

Коллектив, состоящий из сотрудников Центра энергоэффективности, кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников НИТУ «МИСиС», совместно с коллегами из университета Техаса в Далласе (University of Texas at Dallas) впервые в России создал прототип устройства, которое может сочетать в себе подъячейки из перовскита (на основе солей иодида свинца и метил-аммония йода) с традиционными кремниевыми солнечными элементами для преобразования в электричество всего спектра видимого излучения солнечного света.

«Сейчас ученые тестируют полученный прототип устройства и планируют перейти к промышленным испытаниям фотоэлемента в 2017 году», — сообщила ректор университета Алевтина Черникова.

Главное преимущество перовскитной технологии, выводящее фотовольтаику на новый уровень, — активные слои этих солнечных элементов можно наносить из жидких растворов на тонкие и гибкие подложки. Так называемая технология «Roll to roll» позволяет размещать солнечные батареи на поверхностях любой кривизны. Это могут быть оконные полупрозрачные «энерго-шторы» домов и машин, фасады и крыши зданий, бытовая электроника, гаджеты и т. д.

Таким образом, диапазон применения такой «зарядки от Солнца», по сравнению с традиционными кремниевыми солнечными батареями, расширяется на порядок — в него попадают вся носимая электроника, автопром, бытовая техника, технологии «умный дом», обеспечение электричеством жилых домов и помещений.

На сегодняшний день расчетная стоимость квадратного метра перовскитных солнечных панелей составляет менее 100 долларов США, тогда как квадратный метр лучших кремниевых обходится в 300 долларов США. В массовом производстве разница станет 4-6-кратной. Дешевое производство нового класса устройств позволит значительно сократить использование традиционной энергетики за счет экологически чистой и доступной фотовольтаики.

По словам руководителя проекта Анвара Захидова, главным преимуществом гибридных перовскитов является простота их получения из обычных солей металлов и промышленных химических органических соединений, а не из дорогих или редких элементов, таких как чистый кристаллический кремний, или арсенид галлия. Не менее важно, по словам ученого, что материалы на основе перовскита могут быть использованы для печати фото-электроники не только на стекло, но и на другие материалы и поверхности

Кристаллы перовскита были открыты в 1839 году на Южном Урале. Их необычная кристаллическая структура типа ABX3 названа в честь c русского минеролога Львa Перовскoгo, первым обнаружившего одну из их разновидностей. Сегодня перовскиты для производства фотовольтаических элементов синтезируются из простых и доступных химических элементов, типа йода, солей аммония, бора, свинца. Гибридные перовскиты, в которых, А — органическая молекула (например метил-амин), B — это металл (Pb или Sn), а X — галоген (I, Br, Cl) — это самая передовая область исследований в сфере солнечной энергетики третьего поколения, в которой ожидаются существенные открытия в сфере создания сверхстабильных «сплавов» перовскитов.

Кузнецов Андрей