Светило наше безотказно согревает землян, потому неудивительно, что спрос на солнечные батареи огромный и постоянно растет. А метод получения электроэнергии непосредственно от Солнца, не загрязняющий атмосферу вредными выбросами, — один из самых востребованных в мире.
Но если и на звезде есть пятна, то что говорить о солнечных панелях! Да, кремниевые батареи — долговечные, что сразу делает их производство рентабельным. Они могут служить, страшно сказать, более 20 лет. Кто попробует с ними сравниться?!
Но из-за необходимости очистки кремния панели очень дороги, к тому же их изготовление неэкологично — налицо сразу две проблемы.
Решить их — усовершенствовать эффективные источники электроэнергии и найти альтернативу кремниевой технологии — пытаются, без преувеличения, тысячи лабораторий по всему миру. А прогресса в этой перспективнейшей области, подтвержденного публикацией в журнале Nature, добилась группа ученых из разных стран, в том числе из России.
Ее представляла старший научный сотрудник химического факультета МГУ, кандидат химических наук Ольга СЫЗГАНЦЕВА. По просьбе «Поиска» Ольга Алексеевна рассказала об этой прорывной работе.
— Еще в начале нынешнего века ученые обратили внимание на едва ли не идеальные физико-химические параметры перовскитных минералов (между прочим, получившие название от фамилии известного русского минеролога-любителя Льва Перовского) на основе йодида свинца-метиламмония и формамидиния.
Их можно использовать при создании солнечных элементов, поскольку они обладают оптимальными физико-химическими свойствами. Соединения подобного класса просты в получении, значит, стоимость солнечных панелей будет ниже кремниевых.
К тому же их изготовление не потребует сложного оборудования и большой траты времени. При этом расход перовскита — минимальный, ведь толщина слоя минерала измеряется в сотнях нанометров. В итоге все компоненты перовскитных батарей дешевые и доступные.
Однако остается нерешенным вопрос долговечности новых панелей. Как увеличить срок их службы? При испытаниях (подчеркну, ускоренных) за 1000 часов непрерывной работы КПД со 100% снизился всего до 94%.
Результат — превосходный! Ведь в рабочей обстановке панели не трудятся непрерывно — ночью они «отдыхают». Так что тест на стабильность система прошла успешно. Но есть одна сложность, с которой столкнулись разработчики.
Размер типичного эффективного солнечного модуля — всего около 1,5 см2, что недостаточно с точки зрения технологии изготовления солнечных батарей. Конечно, увеличить размер модуля можно, но тогда снизятся долговечность и КПД солнечных элементов.
Авторы метода нашли выход: применили добавки — ионную жидкость — 1,3-бис (карбоксиметил) имидазолия хлорида [BCMIM][Cl]. Она оптимизирует процесс кристаллизации, делает перовскитную пленку однороднее и уменьшает число дефектов.
Это позволяет увеличить площадь солнечных модулей и одновременно обеспечить эффективность выше 22%. В итоге картина сегодня такая: КПД кремниевых панелей достигает 25%, и они рентабельны. Но перовскитные батареи оправдывают все затраты даже при 22%. Мы продолжаем совершенствовать наш метод, чтобы повысить и КПД, и долговечность новинок, увеличив при этом площадь солнечных модулей.
— Как получилось, что вы занялись солнечными батареями и вошли в международную коллаборацию, которую хорошо бы представить?
— В многонациональной группе 29 человек. Специалисты из Китая, Японии, Швейцарии, Люксембурга, Бельгии. Большинство из них я хорошо знала и раньше, поскольку после окончания химического факультета МГУ в 2008 году пять лет работала во Франции, в Университете имени Пьера и Марии Кюри, где защитила степень доктора наук в области теоретической химии, затем без малого три года в Университете Аалто в Финляндии и несколько лет в Швейцарии, в Политехнической школе Лозанны.
Оксидами и солнечными батареями начала заниматься еще во Франции и со временем познакомилась едва ли не со всеми участниками проекта. Конкуренция в этой области не просто большая — она колоссальная: если ты чего-то добился и не «застолбил» свой приоритет, через три-четыре месяца кто-нибудь обязательно опубликует нечто подобное.
Однако у всех участников проекта был опыт в этой области, а объединивший нас швейцарский профессор Мохаммад Хатами Насируддин — признанный корифей в области солнечной энергетики. Он и пригласил меня в качестве теоретика.
И хотя сформировалась группа всего три года назад, все ее участники внесли свой вклад (мы с кандидатом физико-математических наук Марией Алексеевной Сызганцевой производили еще и многочисленные расчеты) и добились успеха.
— Ваша группа опубликовала статью в Nature — едва ли не самом престижном мировом журнале. Сколько времени готовился материал и долго ли его рассматривала редакция?
— Статью писали, наверное, около года. Каждый давал свой материал, потом текст дорабатывался. Редакция очень внимательно отнеслась к нашему труду, его рассматривали несколько экспертов, запросивших у нас различные дополнения (например, о сертификации солнечного модуля). Работа продолжалось больше года, и 1 марта статья вышла (хотя откликов пока нет).
Конечно, я рада — сложный, занявший нескольких лет коллективный проект получил, подчеркну, высокую профессиональную оценку. Но нельзя сказать, что, пока статья рассматривалась, я волновалась и переживала, не обгонят ли нас. Вместе с определенным профессиональным уровнем приходит и твердое сознание: делай что должно, и будь что будет.
Сейчас образцы нового материала, повторюсь, проходят испытания на долговечность. А мы рассматриваем новые способы получения однородных перовскитных пленок, увеличения КПД и долговечности солнечных батарей, а также дальнейшего удешевления их производства.
Параллельно работаю в области моделирования и вычислений по другим направлениям: катализу, разделению и экстракции, процессам сборки новых материалов. Тружусь над теоретическим описанием процессов, происходящих в веществе под действием света, а также электрон-фононными взаимодействиями — базой для всех фотофизических и фотохимических приложений.
Вместе с М.Сызганцевой рассматриваем металлорганические каркасы и другие гибридные органо-неорганические соединения. У них огромные перспективы в области фотокатализа, фотовольтаики и создания разнообразных сенсоров.
Юрий ДРИЗЕ
Фото предоставила О.Сызганцева
Нет комментариев