Прорыв в новом материале для использования солнечной энергии
Самый доступный и эффективный способ использования самого чистого и наиболее распространенного в мире источника возобновляемой энергии — это на шаг ближе к реальности.
Физик из Университета Толедо, поднявший производительность солнечных элементов до уровней, которых раньше никогда не было, сделал значительный прорыв в химической формуле и процессе создания нового материала.
Работая в сотрудничестве с Национальной лабораторией возобновляемой энергии Министерства энергетики США и Университетом Колорадо, д-р Янфа Ян, профессор физики UToledo, предполагает, что сверхвысокоэффективный материал, называемый тандемным перовскитным солнечным элементом, будет готов к дебюту в полном объеме. солнечные батареи на потребительском рынке в ближайшее время.
Перовскиты, составные материалы со специальной кристаллической структурой, сформированной в результате химии, заменили бы кремний, который на данный момент остается предпочтительным материалом для солнечных батарей для преобразования солнечного света в электрическую энергию.
«Мы производим более эффективные и недорогие солнечные элементы, которые обещают помочь решить мировой энергетический кризис», — сказал Ян. «Значимая работа поможет защитить нашу планету для наших детей и будущих поколений. У нас есть проблема, потребляющая большую часть ископаемых энергий прямо сейчас, и наша совместная команда сосредоточена на совершенствовании нашего инновационного способа навести порядок».
В новой исследовательской работе, опубликованной в журнале Science, рассказывается о том, как команда фотоэлектрических специалистов настраивает смесь свинца и олова, чтобы продвинуть технологию ближе к ее максимальной эффективности. Усилия в настоящее время довели эффективность нового солнечного элемента примерно до 23 процентов. Для сравнения, кремниевые солнечные панели на рынке сегодня имеют рейтинг эффективности около 18 процентов.
Ученые использовали химическое соединение, называемое тиоцианат гуанидиния, для значительного улучшения структурных и оптоэлектронных свойств пленок свинцово-оловянного смешанного перовскита.
«Наука — главный научный журнал в мире, наряду с Nature, который опубликовал другие исследования доктора Яна всего пять месяцев назад после того, как он обнаружил один материал, который производит белый свет, который может повысить эффективность и привлекательность светодиодных ламп», — говорит доктор Санджай Харе, профессор и заведующий кафедрой физики и астрономии UToledo. «Его значительная работа в области устойчивого развития в Университете Толедо может помочь обеспечить мир энергией с помощью чистой энергии».
Около пяти лет назад команда Яна в UToledo определила идеальные свойства перовскитов, и с тех пор он сосредоточил свой 20-летний опыт на создании тандемного солнечного элемента с перовскитовым соединением, объединяющего два разных солнечных элемента для увеличения общей электрической мощности, вырабатываемой с помощью двух различные части солнечного спектра.
В прошлом месяце Министерство энергетики США выделило Яну грант в размере 1,1 миллиона долларов для продолжения исследований в сотрудничестве с Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии.
«Это материал, которого мы ждали долгое время», — сказал Ян. «Солнечная индустрия наблюдает и ждет. Некоторые уже начали инвестировать в эту технологию».
Ян является экспертом в области физики дефектов и электронных свойств в полупроводниках, синтеза материалов и изготовления тонкопленочных солнечных элементов.
«Наше исследование UToledo продолжается, чтобы сделать более дешевые и более эффективные солнечные элементы, которые могли бы конкурировать и даже превзойти превалирующую кремниевую фотоэлектрическую технологию», — сказал доктор Чжаонинг Сонг, доцент кафедры физики и астрономии UToledo и соавтор учиться. «Наши тандемные солнечные элементы с двумя слоями перовскитов обеспечивают высокую эффективность преобразования энергии и способны снизить стоимость производства солнечных панелей, что является важным достижением в фотоэлектрической промышленности».
В то время как команда Яна улучшила качество материалов и процесс их производства при низких затратах, необходимо добиться большего прогресса.
«Стоимость материала низкая, а стоимость изготовления низкая, но срок службы материала до сих пор неизвестен», — сказал Сонг. «Нам необходимо продолжать повышать эффективность и стабильность».
«Кроме того, свинец считается токсичным веществом», — сказал Ян. «Я полон решимости сотрудничать с солнечной промышленностью, чтобы гарантировать, что солнечные панели, сделанные из этого материала, могут быть переработаны, чтобы они не причиняли вреда окружающей среде».
