Материал, способный сделать солнечную энергию удивительно дешевой

Материал, способный сделать солнечную энергию удивительно дешевой

Ученые обнаружили, что вещество, известное людям уже на протяжении века, может значительно удешевить выработку солнечной энергии.

Солнечные батареи инновционного типа, сделанные из материала, который стоит гораздо меньше кремния как в плане производства, так и использования, могут производить столько же электричества, сколько и солнечные панели, применяемые на данный момент. Несмотря на то, что данный материал только начинает оцениваться по достоинству, он привлек внимание крупнейших экспертов по солнечной энергетике. Несколько предприятий уже сейчас разрабатывают планы его промышленного использованием.

Выдвинувшие эту технологию ученые утверждают, что цена основанных на ней солнечных панелей составит 10-20 центов за 1 Кватт вырабатываемой энергии. Теперешние солнечные батареи стоят около 75 центов за 1 Кватт. По словам Министерства Энергетики США, уже при цене 50 центов за Кватт солнечная энергетика составит серьезную конкуренцию традиционной.

Ранее специалисты по энергии Солнца, пытаясь найти более экономичные способы ее переработки, разбились на два лагеря. Одни предлагали методы снижения стоимости выпуска солнечных батарей, которые, однако, оказались весьма неэффективными. Другие, которых на сегодняшний день все больше, предпринимали попытки создания сверхэффективных солнечных панелей, пусть даже и более дорогих в производстве.

Новый материал может воплотить в себе все лучшее из обоих направлений — обеспечить создание панелей с высокой эффективностью, не требующих крупных затрат при их изготовлении.

Один из крупнейших специалисов по солнечной энергетике, Мартин Грин из Университета Нового Южного Уэльса (Австралия), утверждает, что он впечатлен динамичным прогрессом в этой области. Солнечные батареи, использующие этот материал, «могут производиться с применением элементарного и в то же время достаточно дешевого способа. При этом батареи становятся намного эффективнее», — полагает он.

Минерал «перовскит» (титанат кальция) известен более ста лет, но лишь относительно недавно люди додумалисьиспользовать его при создании солнечных батарей. Это вещество отлично впитывает свет. В то время как классические кремниевые солнечные панели обладают примерной толщиной 180 микронов, новым батареям достаточно для абсорбирования такого же количества света всего одного микрона. Пигмент перовскита имеет свойства полупроводника и эффективно передает электрический заряд, возникающий при попадании на него солнечных лучей.

«Этот материал удивительно дешев», — говорит Майкл Грэтзел, ведущий эксперт в области солнечной энергетики, в честь которого назван разработанный им тип солнечных батарей. Его группа спроектировала самые действенные из имеющихся на данный момент перовскитовых солнечных батарей. Они преобразуют в электричество 15 процентов получаемой ими солнечной энергии. Это сильно превышает аналогичный показатель других, недорогих в изготовлении солнечных панелей. Основываясь на достигнутых результатах и общеизвестных характеристиках трансформации света, ученые говорят, что эффективность батарей нового образца запросто можно поднять до 20-25 процентов, а это уже будет являться своеобразным рекордом (сейчас подобные значения достигаются разве что в лабораториях) для самых основных разновидностей солнечных панелей. Правда, при широком производстве показатели могут немного снизиться. Но сопоставлять можно достигнутую в лабораторных условиях результативность солнечных батарей из перовскита с лабораторными рекордами других материалов. По утверждению Гэтзела, перовскит в солнечных панелях, скорее всего, окажется, «благородным» материалом, остающимся высокоэффективным при промышленном производстве, поскольку производственный процесс не занимает особых трудностей.

Солнечные батареи нового типа могут производиться с помощью нанесения методом распыления на лист стекла или металлической фольги пигмента перовскита вместе со слоями других материалов, повышающих подвижность электронов в панели. Это не совсем похоже на напыляемые солнечные батареи, способные моментально превратить любую поверхность в генератор электроэнергии, которые фигурируют в фантастической литературе. Однако метод изготовления настолько прост, что почти приближается к этому идеалу. «Вряд ли когда-нибудь будут продаваться тюбики «солнечной краски», но сделать такую солнечную батарею по сути не сложнее, чем покрасить какую-либо поверхность», — утверждает Генри Снайт, ученый-физик из Оксфордского Университета, который, работая с группой азиатских специалистов, доложил о наиболее действенных солнечных панелях нового образца.

Когда перовскит первый раз применили в солнечных батареях в 2009 году, они были крайне малоэффективными — ведь они трансформировали в электроэнергию только приблизительно 3.5 процента солнечного света. Помимо этого, они не отличались долговечностью, поскольку перовскит имеет свойство растворяться в жидком электролите. До того, как батареи выходили из строя, специалисты едва успевали их исследовать. Однако в прошлом году несколько технологических нововведений, на основании которых был получен метод замены жидкого электролита твердым материалом, помогли справиться с этими трудностями. и начать исследования в направлении создания наиболее эффективных

«В период с 2009 по 2012 на эту тему вышла только одна статья. Однако в августе 2012 года их количество резко возросло», — вспоминает Снайт. Эффективность увеличилась вдвое, а затем еще вдвое. И согласно прогнозам, они будут становиться еще эффективнее, поскольку специалисты используют методы, которыми модернизировали солнечные панели других разновидностей.

Снайт работает над внедрением в промышленное производство новой технологии, основав фирму Oxford Photovoltaics, уже собравшую капитал в 4.4 миллиона долларов. Гэтзел, чья необычная технология солнечных батарей сейчас применяется в товарах массового потребления вроде рюкзаков и чехлов для iPad, продает лицензию предприятиям, собирающимся использовать классические панели из кремния для широкого производства солнечной энергии.

Как и всех «новичков» на рынке солнечных батарей сего жесткой конкуренцией, перовскит ожидают определенные трудности в отвоевании доли рынка у обычных кремниевых батарей. Их цена становится ниже, и, по мнению некоторых аналитиков, через некоторое время солнечная энергия будет стоить меньше 25 центов за Кватт. А это ликвидирует большую часть финансовой выгоды использования перовскита, и уменьшит привлекательность инвестиций в новую технологию. Ожидается, что процесс выпуска перовскитовых солнечных батарей (который может быть сведен к распылению жидкости по поверхности или нанесения пигмента с помощью пара) будет весьма простым. Но по сути, нужно более десяти лет, чтобы новая технология преодолела экспериментальную стадию и вышла на массовый рынок. А за это время традиционные солнечные батареи могут достичь огромного прогресса.

Грин говорит, что одно из вероятных решений — применение перовскита как дополнительного материала, а не как полноценной альтернативы кремнию. Перовскит можно наносить на стандартные батареи, повышая их эффективность, и делая энергию дешевле на одни ватт. Благодаря такому подходу можно будет выйти на рынок солнечной энергетики гораздо легче, чем при предложении кардинально нового вида солнечных панелей.

Еще одна проблема — определенная небезопасность пигмента перовскита из-за присутствия в нем свинца. Нужно провести тесты, способные продемонстрировать, насколько свинец делает перовскит токсичнее. Помимо этого, нужно наладить систему сбора и утилизации старых батарей, чтобы предотвратить негативные последствия для экологии. Подобный подход сегодня применяется к свинцово-кислотным батареям стартеров в автомобилях. Кроме того, свинец в солнечных батареях можно заменять оловом или чем-либо иным.

Рубрики2

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


*