Прорив у сонячних технологіях: вчені відкрили новий матеріал для надефективних панелей

Група вчених з Австралії запропонувала технологію, яка може підвищити ефективність сонячних панелей до 38%. Вони опублікували матеріали свого дослідження у науковому журналі Communications Materials.

Команда з Австралійського центру вдосконаленої фотоелектричної техніки вивчали BaZrS3 (BZS) — різновид халькогенідного перовськіту. Халькогеніди — це клас матеріалів, що включає сульфіди, селеніди та телуриди. На відміну від галогенідних перовськітів, BZS стабільний, нетоксичний і зберігає властивості, сприятливі для сонячних елементів.

За допомогою суперкомп'ютера дослідники виявили версію BZS зі слабкою сегнетоелектрикою — властивістю виникнення спонтанної поляризації в кристалі за певних температур навіть за відсутністю зовнішнього електричного поля. Застосувавши деформацію, вони покращили його властивості, щоб імітувати екзотичні риси галоїдних перовськітів, які захищають їх від дефектів, що знижують ефективність перетворення енергії.

Вчені запропонували амбітний проєкт: скласти разом до 100 ультратонких напівпрозорих шарів BZS для підвищення ефективності. У поєднанні з наявними кремнієвими сонячними технологіями панель може досягти рівня ефективності понад 38%.

Керівник команди Алірези Ягубі визнає, що наразі виготовлення сонячних елементів BZS є складним завданням. Стабільність матеріалу часто також означає складність його виробництва.

Десятиліттями кремній був основним матеріалом для виготовлення фотоелектричних елементів, але він має теоретичну межу ефективності в 29,4% і обладнання вже до нього наближається. Щоб подолати це обмеження, вчені створюють тандемні панелі, де кремній доповнюється шарами з інших матеріалів, які разом поглинають більше світла.

Пошук правильних супутніх матеріалів є важким завданням через дефекти, які знижують їх ефективність. Крім того, пануванню кремнію у цій сфері сприяють виробники мікрочипів, які навчилися створювати бездоганні кремнієві пластини.

Галоїдні перовськіти вважаються дуже перспективною групою матеріалів, адже з 2009 по 2021 рік їх ефективність перетворення енергії збільшили на 579%. Для порівняння, пікове покращення кремнію становило лише 57% за аналогічний період. Перевагою галоїдних перовськітів є унікальна структура, яка краще захищає від дефектів. З іншого боку, більшість з них містять свинець і руйнуються під впливом тепла, світла чи повітря.

BaZrS3 може стати наступним проривом у сонячних технологіях, пише сайт TexPlore. У той час як галогенідні перовськіти проклали шлях завдяки своєму чудовому підвищенню ефективності, такі проблеми, як токсичність і нестабільність, обмежують їхній комерційний потенціал.

Раніше Фокус писав, що таке перовськіти і як вони покращують сонячну енергетику. Вони здатні поглинати широкий спектр сонячного світла і спрощують виробництво панелей, хоча поки що мають свої недоліки, які вчені намагаються усунути.