Силициево-перовскитните соларни клетки могат да направят революция в ефективността на производството на енергия

Традиционните соларни клетки се основават на силициево-полупроводниково съединение, за което е известно, че има теоретична максимална ефективност от 29% при преобразуването на слънчевата светлина в електрическа енергия. Въпреки това, чрез включването на втори перовскитов слой върху основния силициев слой, слънчевите клетки имат потенциала да надхвърлят този праг на ефективност в близко бъдеще.

Перовскитът е клас съединения, които имат същата кристална структура като минерала наречен калциев титанов оксид. Този изключително гъвкав материал се използва в различни сфери, включително в ултразвуковите апарати, чиповете памет и соларните клетки за производство на енергия. Последните проучвания показват, че перовскитът може да бъде „тайната съставка“, която да подтикне производството на слънчеви клетки към нови нива на ефективност при производството на енергия.

Настоящата технология за соларни клетки бързо се доближава до максималното си ниво на ефективност, но все още не отговаря на изискванията, които са необходими, за да може слънчевата енергия да се превърне в значителен фактор за смекчаване на последиците от глобалното затопляне. Учените твърдят, че ефективността трябва да надхвърли 30%, а степента на инсталиране на нови соларни панели трябва да се увеличи десетократно в сравнение със сегашните нива на инсталация.

Чрез добавяне на допълнителен слой перовскит върху силициевата основа, като и двата слоя притежават полупроводникови свойства, може да се увеличи количеството уловена енергия от слънчевата светлина. Силициевият слой улавя електроните от червената светлина, докато перовскитовият слой улавя синята светлина. Подобрената способност за поглъщане на енергия ще доведе до намаляване на общата цена на слънчевата енергия, като по този начин ще позволи по-бързото внедряване и приемане на слънчевите панели.

Учените са прекарали години в разработване на ефективна технология за силициево-перовскитни слънчеви клетки и изглежда, че 2023 година ще отбележи значителен етап в тази област. Неотдавнашните постижения в областта на научните изследвания успешно доведоха до повишаване на ефективността на тандемните клетки от силиций и перовскит над 30%. Темпото на напредъка е толкова бързо, че тази технология скоро ще демонстрира подобрените си възможности в продукти, които се предлагат на пазара.

Стефан Де Волф, професор по материалознание и инженерство в Университета за наука и технологии „Крал Абдула“ в Саудитска Арабия, смята, че 2023 гoдина ще донесе значителен напредък. Екипът на Де Волф вече е постигнал ниво на ефективност от 33,7% в силициево-перовскитна соларна клетка.

Друга група, ръководена от Стив Албрехт от Центъра за материали и енергия „Хелмхолц“ в Берлин, Германия, наскоро публикува проучване за тандемна силициево-перовскитна клетка, която може да постигне ефективност на преобразуване на енергията до 32,5 %. Трета група, ръководена от Син Ю Чин от Федералния технологичен институт в Лозана, Швейцария, демонстрира ниво на ефективност от 31,25 %, като тандемните клетки имат „потенциал както за висока ефективност, така и за ниски производствени разходи“.

Според Де Волф, надхвърлянето на 30-процентния енергиен праг вдъхва увереност, че „на пазара могат да бъдат пуснати соларни панели с висока ефективност и ниска цена“. Капацитетът на слънчевата енергия достигна 1,2 теравата (TW) през 2022 година, а до 2050 година трябва да се увеличи до поне 75 TW, за да се смекчат най-катастрофалните сценарии, произтичащи от глобалното затопляне и парниковите газове.

Индустрията работи активно за повишаване на ефективността на соларните клетки. Най-големият китайски производител (LONGi) вече е постигнал 33,5% ефективност в лаборатория. Следващата стъпка е свързана с увеличаване на размера на ефективните силициево-перовскитови тандемни клетки от експериментални условия (квадрати с размер 1 cm) до характеристики на търговско ниво (квадрати с размер 15 cm).