Авторизуйтесь и заберите в личном кабинете промокод на скидку 10%

Прорыв в солнечной энергетике: низкоуглеродные тандемные ячейки с эффективностью 25,7%

Новая разработка ученых из Потсдамского университета и Китайской академии наук в области солнечной энергетики демонстрирует впечатляющие результаты. Низкоуглеродные тандемные солнечные ячейки достигли эффективности 25,7%, что знаменует собой важнейший этап в улучшении технологий получения энергии из возобновляемых источников. Эти ячейки не только увеличивают эффективность преобразования солнечного света в электричество, но также снижают углеродный след по сравнению с традиционными технологиями. Исследование привлекло внимание ученых, работающих над созданием новых материалов для устойчивой энергетики.

Прорыв в солнечной энергетике: низкоуглеродные тандемные ячейки с эффективностью 25,7%

Конструкция и принципы работы тандемных солнечных ячеек

Тандемные солнечные ячейки представляют собой инновационную разработку, которая состоит из двух или более слоев полупроводниковых материалов, работающих совместно для расширенного захвата солнечного спектра. Верхний слой ячейки выполнен из перовскита, а нижний слой из кремния, что позволяет каждому компоненту более эффективно поглощать различные диапазоны солнечного света. 

Основная сложность предыдущих разработок заключалась в интеграции этих материалов таким образом, чтобы они не снижали стабильность устройства. Новая технология использует особый метод нанесения перовскитового слоя на кремниевую подложку, что обеспечивает высокую прозрачность и минимизирует потери на границах между слоями. Это повышает эффективность преобразования солнечной энергии, что делает тандемные ячейки превосходящими одностадийные кремниевые панели.

Ключевые достижения

• Тандемные ячейки с перовскитами и доказанной эффективностью 25,7% приближаются к идеалу по энергетической отдаче, который для солнечных батарей составляет около 29%. Это значительно выше по сравнению с традиционными кремниевыми панелями, эффективность которых обычно колеблется в пределах 22%.

• Низкоуглеродный процесс производства позволяет сократить выбросы CO₂ на этапе создания элементов, в сравнении с традиционными методами.

• Новый этап разработки стабилизировал перовскитные элементы, которые раньше были подвержены быстрой деградации, что увеличивает срок службы тандемных ячеек. 

Эксперименты также показали, что создание электрического поля на границах между слоями позволяет уменьшить потери энергии и привести к быстрому переносу зарядов от одного материала к другому. Эти усовершенствования значительно повышают производительность устройства при реальных условиях эксплуатации.

Преимущества технологии тандемных ячеек

• Высокая эффективность. Тандемные ячейки обеспечивают более эффективное преобразование солнечной энергии, что позволяет сократить площадь, необходимую для солнечных установок, при тех же энергетических потребностях.

• Экологичность. Использование низкоуглеродных материалов в производстве снижает выбросы углекислого газа и делает солнечную энергетику еще более экологически чистой.

• Долговечность. Новые подходы к стабилизации перовскитов позволяют увеличить срок службы батарей, что снижает затраты на обслуживание и замену.

• Потенциал для массового производства. Простота адаптации перовскитного слоя к существующим кремниевым базам позволяет внедрить эту технологию в уже налаженную инфраструктуру производства солнечных батарей.

Применение тандемных солнечных ячеек

Тандемные солнечные ячейки открывают широкие возможности для развития солнечной энергетики. Одной из основных областей применения являются крупномасштабные солнечные фермы. Высокая эффективность и долговечность таких ячеек позволят сократить потребности в земельных площадях и затраты на обслуживание генераторов энергии. 

Кроме того, данную технологию можно интегрировать в здания и сооружения (BIPV — Building-Integrated Photovoltaics). Благодаря своей прозрачности и гибкости тандемные ячейки могут быть использованы в оконных стеклах или крышах современных зданий, что создает возможности для "зеленой" архитектуры. Они подходят для использования в малых системах (например, для питания автономных датчиков), а также могут стать основой новых архитектур накопительных систем энергии.

Для стран с высокой солнечной активностью данный подход становится отличной возможностью перейти на возобновляемые источники энергии с минимальными затратами. Более того, технологии этого типа позволяют уменьшить углеродный след энергетической отрасли, что актуально для мирового движения к устойчивому развитию.

Перспективы развития

Хотя тандемные солнечные ячейки демонстрируют большой потенциал, существуют вызовы, которые необходимо преодолеть для их массового внедрения. Одной из основных проблем остается стоимость производства перовскита. Несмотря на то, что процесс изготовления самих тандемных ячеек относительно недорог, сырье для создания перовскитной структуры может влиять на цену устройства. В дополнение к этому необходимы дальнейшие исследования химической устойчивости перовскитов для их успешного применения в различных климатических условиях. Тем не менее, использование новых химических добавок и методов стабилизации дает надежду на быстрый прогресс в этой области.

Достижение эффективности 25,7% в тандемных солнечных ячейках представляет собой значительный шаг вперед в развитии солнечной энергетики. Эти устройства, использующие слои из перовскита и кремния, обеспечивают не только высокую конвертацию солнечной энергии, но и снижают углеродный след благодаря экологичному производству. Сфера их применения охватывает как крупные солнечные фермы, так и мелкие бытовые устройства, что делает их универсальным решением для будущих поколений возобновляемой энергии.  

Несмотря на существующие вызовы, такие как стоимость сырья для перовскитов и необходимость в увеличении устойчивости элементов, текущие исследования дают все основания полагать, что массовое внедрение этой технологии станет возможным уже в ближайшие годы, способствуя переходу человечества к более экологически устойчивой энергетике.