Недавно в стенах НИТУ «МИСиС» родилась настоящая медийная сенсация. Новость о создании всепогодных солнечных батарей оказалась столь пиарабельной, что её подхватили и растиражировали многие федеральные СМИ, включая первые кнопки государственных телеканалов.
Со своей перовскитной батареей «МИСиС» попал во все тренды. Это и импортозамещение, и новые отечественные технологии, и «зелёная» экономика. Не новость, а конфетка!
Вот, собственно, о чём шла речь в нашумевшем релизе.
«Специалисты НИТУ «МИСиС» адаптировали технологию нанесения полупроводниковых слоёв посткремниевых фотопреобразователей к промышленным стандартам, что позволит удешевить и упростить производство солнечных батарей. Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале Applied Physics Letters.
По словам исследователей, кристаллы кремния, которые применяются в производстве солнечных батарей, отличаются сложностью и дороговизной изготовления, а кроме того имеют серьёзные ограничения в эксплуатации.
Как альтернатива кремнию по всему миру активно исследуются перовскитные материалы, и сейчас КПД перовскитных солнечных элементов уже достиг эффективности коммерческих кремниевых.
«МИСиС» взорвал информационное поле одним пресс-релизом
В НИТУ «МИСиС» занимаются разработкой солнечных элементов и фотодетекторов на основе перовскитов с 2015 года. Результатом работы стала технология, обеспечивающая высокую стабильность и люминесценцию перовскитных слоев, адаптированная к современным промышленным стандартам нанесения.
«Мы продемонстрировали формирование перовскитных слоев методом химического осаждения из газовой фазы (CVD — chemical vapor deposition) в одностадийном процессе. Использование стандартного метода в сочетании с механохимическим синтезом обеспечит масштабирование до промышленного уровня.
Кроме того, мы продемонстрировали и объяснили высокую стабильность и люминесцентные свойства неорганических перовскитов и особенно выделяем CsPb2Br5 за лучшие оптические свойства на всех технологических этапах», — рассказал сотрудник лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ «МИСиС» Артур Иштеев.
Одни из творцов российского энергетического чуда Артур Иштеев
Исследователи особо отмечают, что на сегодня метод CVD — стандарт индустрии производства светодиодов и солнечных элементов. По их словам, внедрять перовскитные технологии можно в существующие производственные линии без замены парка оборудования.
«В отличие от кремния перовскиты обеспечивают генерацию при рассеянном свете и низкой освещённости. Перовскитная солнечная батарея работает при любых погодных условиях и даже в помещениях. Это расширяет круг применения, например, для автономного питания стационарных приборов и носимых устройств (часов и смартфонов)», — пояснил учёный.
В университете организовали полный цикл сборки перовскитных солнечных элементов. В лабораторных условиях это занимает пять часов — от стекла до готового устройства. Технология готова к полноценному производству и конкуренции с кремниевыми аналогами. Разработчики привлекают инвестиции и ищут индустриальных партнёров.
«Лаборатория перспективной солнечной энергетики создана в 2017 году в рамках программы мегагрантов под руководством профессора Альдо ди Карло — известного эксперта по широкоформатным солнечным батареям на основе перовскитов, учёного-практика и бизнесмена с опытом коммерциализации научных идей, автора и соавтора более 400 научных статей.
Учёные лаборатории ведут прорывные исследования мирового уровня по разработке альтернативных источников энергии. Представленная технология нанесения перовскитных элементов получила патент и готова к широкомасштабному производству», — отметила Алевтина Черникова, ректор НИТУ «МИСиС».
По мнению Алевтины Черниковой, технология нанесения перовскитных элементов готова к широкомасштабному производству
Глобальная цель сотрудников лаборатории солнечной энергетики — довести перовскитные устройства до массового производства. Доступные источники энергии, уверены исследователи, позволят улучшить энергетическую инфраструктуру в России и на внешних рынках».
От редакции.
Последовало и продолжение темы солнечных батарей в медиапространстве. Один из российских изобретателей уже проанонсировал создание зарядки для смартфона, которую можно будет носить на плече. Наплечник на ремне будет представлять собой гибкую солнечную батарею и регулироваться по объему плеча для ношения летом и зимой поверх одежды.
Идея классная, а главное, всем понятная и востребованная — смартфоны есть почти у всех.
Проблема тут одна. От яркой идеи к её практическому производству ведёт такая извилистая и каменистая тропинка, что многие ноу-хау так и не доживали до своего массового применения.
Вот так выглядят перовскитные солнечные элементы
Перовскит — редкий минерал, титанат кальция. Интересоваться им начали ещё 10 лет назад. Журнал Science в 2013 году назвал перовскиты одним из десяти научных прорывов года. Собственно говоря, в интернете и сейчас можно увидеть рекламные объявления о продаже солнечных электростанций с перовскитными батареями, то есть этот материал родился явно не вчера.
Но тенденции массового перехода с классических кремниевых батарей на перовскитные мы пока не видим. Во-первых, классическая кремниевая фотовольтаика тоже не стоит на месте и развивается. Во-вторых, многие преимущества перовскитных батарей над кремниевыми носят пока что лишь теоретический характер.
Российские и мировые эксперты признают, что КПД перовскитных солнечных элементов уже не уступает по эффективности традиционным кремниевым, но говорить о каком-то явном превосходстве пока не приходится. КПД у перовскитных батарей достиг 25,2%, у лучших кремниевых аналогов он составляет 25%.
А вот и сам перовскит, или титанат кальция
Учёные отмечают также преимущества перовскитных батарей, которые более чувствительны к разным длинам световых волн, что позволяет эффективней генерировать электричество сразу от всех участков видимого диапазона. Проще говоря, перовскитные батареи действительно могут работать лучше кремниевых в условиях слабой освещённости.
В то же время в различных научных статьях на тему перовскитной энергетики присутствует и определённая доля скепсиса.
Интернет-издание N+1, в частности, отмечает, что «самый популярный в перовскитной фотовольтаике тип соединений — йодид свинца-метиламмония с общей формулой CH3NH3PbX3, где X, как правило, йод или бром/хлор. При контакте такого соединения с водой и кислородом, а также при периодическом нагреве, оно может быть химически нестабильным и быстро деградировать с разрушением своей структуры. Для её стабильности опасен и остаточный слой йодида свинца, остающийся рядом с конечными кристаллами перовскита после окончания процесса его получения (цикла осаждения)».
Не последнюю роль, по версии издания N+1, играют и экологические риски, связанные с утилизацией.
«Утилизация содержащих свинец фотоэлементов — заметная экологическая проблема. Металла там достаточно, чтобы его утечка в грунтовые воды грозила отравлениями, но не так много, как в автомобильном аккумуляторе. Поэтому не факт, что утилизация таких батарей станет экономически выгодной.
Многочисленные попытки решить проблему за счёт лучшей изоляции перовскита то углеродными нанотрубками, то полимерами, то металл-оксидным слоем повышали ресурс, но недостаточно высоко. А вот стоимость и сложность производства от таких модификаций неизменно росли».
Классическая кремниевая солнечная батарея
В общем, если не удаляться в дебри химии и физики, то можно сказать одно: исследования «МИСиС» в области перовскитных солнечных батарей интересны и перспективны. Понятно, что есть риски, и есть потребность в разработке уже непосредственно экономической части проекта.
Нужна государственная поддержка, нужны инвесторы и индустриальные партнёры, которые готовы играть на этой теме, что называется, в долгую. Нужны работающие механизмы, которые сократят бюрократический путь от идеи до внедрения. И это не только солнечных батарей касается — российская наука не должна работать в стол, особенно в условиях мобилизационной экономики.
Перспективы-то действительно заманчивые — получить независимый от погодных условий источник возобновляемой энергии. С таким перовскитным кейсом можно и на мировые рынки выходить. При условии детальной и тщательной проработки не только преимуществ, но и рисков проекта. Как с точки зрения науки, так и бизнеса.
Так что не имей сто идей, а имей сто друзей, которые помогут хотя бы часть этих идей претворить в жизнь на практике.
А солнечная зарядка для телефона — хорошая штука. Думаем, что зайдёт на рынке на ура. Особенно, если стоить будет действительно около 1 тысячи рублей, как обещают разработчики.
