Технологии солнечных батарей на основе перовскита имеют потенциал для повышения эффективности и снижения стоимости солнечной энергии, но при этом сохраняются значительные проблемы с затратами и надежностью.
Солнечный элемент на основе перовскита имеет соединение со структурой перовскита, обычно гибридный органическо-неорганический материал на основе свинца или галогенида олова, используемый в качестве активного слоя для сбора света. Другие материалы, часто используемые для изготовления солнечных перовскитов, включают метиламмоний, галогениды свинца и кремний.
Полезные свойства этой технологии включают широкое поглощение, быстрое разделение заряда, большое расстояние переноса электронов и длительный срок службы разделения носителей. Согласно Perovskite Info, информационному центру по перовскитам, эти свойства привлекли интерес инвесторов и позиционировали солнечные перовскиты как передовую технологию, чтобы превзойти мощность захвата солнечной энергии твердотельными солнечными элементами.
Несмотря на то, что они обладают большим потенциалом, этот тип технологии солнечных батарей все еще находится на ранних стадиях коммерциализации из-за их короткого срока службы и того факта, что они быстро разрушаются при контакте с влагой.
Недавние исследования, направленные на совершенствование технологий, показали, что перовскитные полупроводники значительно дефектоустойчивы, но дефекты на поверхности активного перовскитового слоя требуют дальнейших исследований.
Исследователи также работают над новыми конструкциями ячеек и стратегиями инкапсуляции для защиты технологии в более жестких средах, а также моделируют процессы старения в попытке выяснить, как долго перовскитные солнечные элементы будут храниться на крышах домов.
Еще одним существенным недостатком остается их общая стоимость, тем более что наиболее распространенным электродным материалом в перовскитных солнечных элементах в настоящее время является золото, что делает их значительно дороже.
Наконец, поскольку высокоэффективные перовскиты изготавливаются с небольшим количеством свинца, исследователи также сосредоточены на поиске других успешных композиций и новых стратегий инкапсуляции для решения проблем с токсичностью свинца.
Вот четыре компании, работающие над совершенствованием технологии солнечных батарей на основе перовскита.
Oxford PV, Оксфорд, Великобритания
Oxford PV, основанная в 2010 году в качестве спин-аута из лаборатории Оксфордского университета профессора Генри Снайта, является одним из крупнейших проектов, работающих над коммерциализацией солнечных элементов на основе перовскита.
В декабре 2018 года Oxford PV объявила, что тандемный солнечный элемент на 1 см 2 из перовскита-кремния достиг рекордной эффективности преобразования 28%, сертифицированной Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии, после чего команда продолжила преследовать свою новую цель – достижение эффективности выше 30%.
Как сообщается, фотоэлектрические элементы Oxford PV эффективны и стабильны с аналогичными устройствами компании, прошедшими минимум 2000 часов испытаний на влажную теплостойкость.
А также научно-исследовательская площадка компании в Оксфорде, Великобритания, Oxford PV расширилась до промышленной пилотной линии недалеко от Берлина, Германия, которая работает над достижением быстрого перевода перовскитов в промышленные масштабы производства кремниевых солнечных батарей, готовясь к полноценному промышленному производству.
Hunt Perovskite Technologies, Даллас, США
Hunt Perovskite Technologies была запущена в 2013 году в составе частной группы компаний, управляемых семьей Рей Хант, которая в основном работает в нефтегазовой отрасли.
Hunt Perovskite специализируется на стабильных металлогалогенных перовскитах в однопереходных солнечных панелях для рынка коммунальных услуг. Компания придумала свой собственный эффективный перовскитовый солнечный элемент и процесс производства чернил на основе которого Hunt Perovskite продемонстрировала в 2019 году, как сообщается, привлекая внимание Международной электротехнической комиссии.
В то время как компания произвела высокоэффективный металлогалогенный перовскитный солнечный элемент в 2014 году, который, как сообщается, может достичь уровня энергоэффективности 18%, его ранние испытания показали проблемы с используемыми материалами. По этой причине Hunt Perovskite в настоящее время сосредоточена на изучении других приложений, которые используют обновленный стабильный и эффективный полупроводник перовскита.
Microquanta Semiconductor, Ханчжоу, Китай
В октябре 2019 года китайский оператор Microquanta Semiconductor объявил, что его перовскитная технология доказала свою эффективность на 14,24% при использовании солнечного модуля на основе перовскита большой площади (200×800 см 2 ), согласно сообщениям, проходившего испытание Европейским агентством по установке солнечных батарей. Компания также объявила, что она уже разработала пилотную линию перовскитового модуля мощностью 20 МВт, поскольку она готовится к массовому производству в городе Цюйчжоу, Китай.
Microquanta была создана в 2015 году тремя студентами, вернувшимися со своей учебы за рубежом, и ориентирована на развитие стабильной перовскитной ячейки. До своего последнего достижения, компания добилась стабильного показателя эффективности 17,3% со своим перовскитовым солнечным модулем в 2018 году, что побудило команду перенести свой фокус на устройства большой площади.
Команда Microquanta первоначально начала с частных инвестиций, после чего местное правительство и программа финансирования НИОКР Китая помогли финансировать проект. В апреле 2019 года государственная энергетическая компания China Three Gorges сделала инвестиции в Microquanta, поддержав дальнейшие исследования по коммерциализации перовскитных солнечных устройств компании.
Energy Materials, Рочестер, США
Energy Materials работали над разработкой перовскита около десяти лет, когда в декабре 2019 года Департамент солнечных энергетических технологий США выбрал компанию для продвижения исследований и разработок фотоэлектрических модулей на основе перовскитов.
Департамент энергетики выделил $4 млн финансирования на создание стабильных перовскитных солнечных модулей. Инвестиции сместили фокус компании на высокоскоростную печать целых перовскитных устройств на тонком гибком стекле из бумаги, в том числе прозрачных проводниковых слоев, полученных дорогостоящими методами вакуумного напыления. Компания Energy Materials в настоящее время целиком занимается разработкой своей перовскитовой панели BackbonePV на высокоскоростных производственных линиях.
В заявлении компании говорится, что ее «высокоскоростной процесс печати может снизить стоимость строительства солнечных панелей заводов на 95%, и это может снизить цену продажи высокоэффективных модулей на 50%». Команда также уверена, что «ее гигаваттные заводы в скором времени могут быть воспроизведены во всем мире для удовлетворения местного спроса, помогая отрасли в получении несубсидированной солнечной энергии стоимостью 0,02 кВт-ч «.
Работа Energy Metals также мотивирована целью Организации Объединенных Наций по расширению солнечной энергетики с ее нынешней установленной мощностью 700 гВт до более чем 16 ТВт в глобальном масштабе в течение следующих 30 лет.
