Глеб Тукалин
Абаканская солнечная электростанция – партнер ученых в исследовании прорывных энергетических технологий. Фото с сайта www.enplus.ru
Солнечные батареи уже в ближайшие 10–15 лет радикальным образом изменят энергетический баланс мира: по прогнозам аналитиков Bloomberg New Energy Finance, к 2040 году солнечные панели будут генерировать свыше 20% всего электричества таких стран, как Австралия или Бразилия. Стремительное развитие фотовольтаики, однако, может столкнуться с проблемой исходного материала: кремниевые ячейки, которые сегодня используются в большинстве панелей, имеют несколько фундаментальных ограничений. Впрочем, научный мир уже готовит ответ: перовскитные элементы. Их использование вместо кремния позволит не только решить ключевые проблемы кремниевых аналогов, но и существенно повысить эффективность и географию использования солнечных панелей.
Три проблемы кремния
Главное ограничение кремниевых ячеек состоит в том, что они производятся из материала, который редко встречается в природе (по крайней мере в том чистом виде, который нужен производителям панелей). Для очистки материала необходимо расплавить диоксид кремния при температуре от 1500 до 2000 градусов по Цельсию, что приводит к огромным затратам на электричество и, как следствие, выбросам углекислого газа при генерации. Это само по себе снижает экологичность кремниевых панелей. Перовскиты же сегодня успешно синтезируются в лабораториях благодаря комбинации химических элементов, которая наносится на легкую пленку. Уже сегодня специалисты из Московского государственного университета проводят успешные исследования по нанесению перовскита на изогнутые поверхности и их интеграцию в строительные материалы любой формы и размера.
Эта особенность перовскитных ячеек позволяет решить вторую важную проблему кремниевых панелей – жесткость и вес. Для оптимальной работы кремниевые ячейки должны быть плоскими и располагаться на больших и тяжелых «классических» панелях (солнечных фермах или на крышах домов).
Наконец, третье ограничение – проблема роста: КПД кремниевых ячеек уже 15 лет как «застрял» на уровне 18–20%. С момента создания первого перовскитного образца, в 2009 году, КПД инновационного материала увеличен в 5 раз – с 4 до 22%, и специалисты видят потенциал в росте до свыше 30%. Как заявил «НГ» один из основателей технологии, швейцарский ученый Михаэль Гретцель, «если мы сравним этот материал с поликристаллическим кремнием (его используют в большинстве существующих солнечных панелей), то количество перовскита, необходимое для достижения такого высокого уровня эффективности, будет в тысячу раз меньше».
Снижение стоимости электричества – не единственное преимущество инновационного материала: неравномерная структура кристаллов позволяет воспринимать не только прямой, но и рассеянный свет, сохраняя эффективность значительно выше кремниевых аналогов. То есть география потенциального использования солнечных батарей может существенно расшириться.
Выход из лаборатории
У ученых еще есть вопросы, на которые предстоит ответить, прежде чем перейти к промышленному производству, но значительный потенциал технологии уже сегодня заметили ее будущие потребители – энергетические компании. Так, крупнейшая частная энергокомпания России «ЕвроСибЭнерго» выступает индустриальным партнером исследований перовскитных ячеек в МГУ. Компания не только финансирует закупку оборудования, но и предоставляет для проведения полевых тестов ячеек мощности своей действующей Абаканской солнечной электростанции. Генеральный директор «ЕвроСибЭнерго» Вячеслав Соломин надеется, что промышленное использование перовскитов начнется уже в ближайшие годы: «Проект рассчитан на три года. После получения прототипа с заявленными характеристиками и успешного тестирования мы рассмотрим вопрос о дальнейшей коммерциализации образца и подумаем о старте массового производства».
Успешная реализация пилотного проекта позволит предоставить доступ солнечной энергетике регионам, удаленным от генерации. И не только в России. В настоящее время по всему миру около 1,2 млрд человек лишены надежного источника электричества.
