В РФ разработаны уникальные солнечные элементы нового поколения

Специалисты из МГУ имени М.В. Ломоносова при финансовой поддержке En+ Group разработали уникальные перовскитные солнечные панели нового поколения. Российские ученые совместно со своими коллегами из Института передовых прикладных разработок (AIST, Япония) создали уникальный метод получения перовскитного слоя потенциально неограниченной площади. Опытные образцы лабораторных элементов продемонстрировали КПД, превышающий 17%.

Ученым из МГУ совместно с их японскими коллегами удалось решить одну из ключевых проблем использования перовскитных солнечных панелей, связанную со снижением КПД при масштабировании на большие поверхности. Разработанный ими уникальный метод позволяет получать солнечные панели потенциально неограниченной площади с высоким КПД. Лабораторные образцы солнечных элементов стандартной площади продемонстрировали КПД более 17%. Исследования реализуются в рамках проекта федеральной целевой программы (ФЦП) Министерства науки и высшего образования РФ при софинансировании компании «ЕвроСибЭнерго» (входит в En+ Group).

Результаты работы только что опубликованы в журнале Nature Nanotechnology — одном из самых авторитетных изданий в области нанотехнологий в мире (https://www.nature.com/articles/s41565-018-0304-y).

Как отмечается в исследовании, до недавнего времени одним из наиболее существенных ограничений развития технологии перовскитных солнечных элементов являлось снижение их эффективности при увеличении площади рабочей поверхности: создание панели площадью 10 кв. см представляло собой очень сложно реализуемую задачу, при этом максимальные значения КПД полученного образца были на 6-8% меньше аналогичных образцов площадью в 0,1 кв. см. Совместно с коллегами из AIST исследователи из МГУ сумели решить данную проблему.

На первом этапе сотрудниками лаборатории был открыт новый класс веществ: реакционные расплавы полииодидов (РРП). Их использование позволяет получить гибридные перовскиты без побочных продуктов реакции и необходимости использования растворителей.

Следующий шаг в разработке технологии был сделан за счет внедрения нового метода, при котором РРП вступают в реакцию непосредственно на поверхности заранее подготовленной двухслойной подложки с точно заданными параметрами (в части состава, толщины слоев и площади). В результате образуется однородная пленка светопоглощающего слоя, которая может достигать любого необходимого с производственной точки зрения размера без существенного падения КПД. Дополнительным преимуществом данного метода является тот факт, что процесс синтезирования веществ требует минимального нагрева компонентов (реакция происходит при температуре +40°С) и занимает всего несколько минут.

В России НИОКР по созданию технологии производства высокоэффективных перовскитных солнечных элементов проводятся в рамках проекта ФЦП Министерства науки и высшего образования РФ сотрудниками лаборатории новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ имени М.В. Ломоносова. Лаборатория поддерживает контакты с профильными научными организациями в России и других странах, сотрудничает с авторитетными мировыми учеными в области фотовольтаики, представляет результаты исследований на международных научных конференциях.

С 2016 года компания «ЕвроСибЭнерго» (входит в En+ Group) участвует в проекте в качестве индустриального партнера — оказывает поддержку в оснащении лаборатории специальным научным оборудованием, необходимым для проведения разработок на высоком уровне. Современное оборудование рассчитано на полный цикл изготовления перовскитных солнечных ячеек и позволяет проводить исследования по совершенствованию состава и свойств компонентов фотоэлектрических модулей нового типа на мировом уровне.

Прототипы перовскитных солнечных элементов будут тестироваться на Абаканской солнечной станции En+ Group. Наряду с научными исследованиями проводятся изыскания по возможностям коммерциализации технологии — в частности, рассматривается вариант интеграции солнечных элементов в строительно-отделочные материалы с целью использования поверхности зданий и сооружений для производства чистой энергии.

Ключевым направлением деятельности En+ Group в сфере НИОКР является разработка и запуск промышленного производства солнечных панелей нового поколения на базе перовскитных элементов. Данная технология является наиболее динамично развивающейся в солнечной энергетике и в перспективе способна радикальным образом расширить применение возобновляемых источников энергии.

В ближайших планах совместных исследований МГУ и En+ Group – переход к созданию перовскитного солнечного модуля размером А5 (14,8 х 21 см), а также продолжение экспериментов по повышению показателей эффективности и долговечности перовскитных элементов. Это последнее существенное препятствие, ограничивающее выход технологии на российский и глобальный рынки.

Алексей Тарасов, руководитель исследований, заведующий лабораторией новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ:

— Перовскитные солнечные элементы – самые перспективные «кандидаты» для широкомасштабного внедрения солнечных панелей. Всего за несколько лет с момента создания первого такого элемента в 2009 году был продемонстрирован беспрецедентный рост рекордных значений КПД, который в настоящее время составляет более 23%, что превышает рекордные значения для кремниевых поликристаллических солнечных элементов.