Специалисты НИТУ «МИСиС» адаптировали технологию нанесения полупроводниковых слоев 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 серьезные ограничения в эксплуатации. Как альтернатива кремнию по всему миру активно исследуются перовскитные материалы, и сейчас КПД перовскитных солнечных элементов уже достиг эффективности коммерческих кремниевых.
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.
Исследователи особо отмечают, что на сегодня метод CVD — стандарт индустрии производства светодиодов и солнечных элементов. По их словам, внедрять перовскитные технологии можно в уже существующие производственные линии без замены парка оборудования.
«В отличие от кремния перовскиты обеспечивают генерацию при рассеянном свете и низкой освещенности. 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 ученый.
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 партнеров.
«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, ученого-практика и бизнесмена с опытом коммерциализации научных идей, автора и соавтора более 400 научных статей. Ученые лаборатории ведут прорывные исследования мирового уровня по разработке альтернативных источников энергии. Представленная технология нанесения перовскитных элементов получила патент и готова к широкомасштабному производству», — Алевтина Черникова, ректор НИТУ «МИСиС».
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.
