Соларни панели с перовскитни технология

В лаборатория в близост до Оксфорд, Великобритания, се подреждат соларни фотоволтаични (PV) клетки, готови за различни тестове. Един учен използва електронна микроскопа, за да сканира и анализира клетките за примеси, които биха могли да повлияят на ефективността им. Друг измерва реакцията на клетките към промените в светлинния спектър. Лабораторията е собственост на Oxford PV, стартъп, произхождащ от Оксфордския университет, и е само един от няколкото стартъпи по света, които разработват следващото поколение соларни панели – тандемни перовскитни соларни панели. Тази технология комбинира силиций, материалът, който в момента се използва в соларните фотоволтаични (PV) панели по света, с перовскитни материали, за да увеличи значително ефективността на преобразуването на слънчевата светлина в електричество. Перовскитът първоначално е минерал, но днес се отнася до различни материали, синтезирани с кристални структури, подобни на минерала. Може да се произвежда от материали като бром, хлор, олово и цинк. Тандемните панели обещават евтино да увеличат генерираната енергия от соларни ферми и покриви и могат да работят по-добре от силициевите панели на сателити и електрически автомобили. Но критиците се притесняват, че това може да доведе до по-бърза деградация и се притесняват от оловото, токсично вещество, което може да има въздействие върху здравето и околната среда. Много от стартъпите и изследователите, които се опитват да преодолеят тези предизвикателства, вярват, че тандемните панели сега са готови да станат масово използвани. Въпреки ефективните записи, направени в лабораториите, все още не е доказано, че ще постигнат осезаеми резултати в реалния свят. Соларната енергия расте бързо, като през 2024 г. е нараснала с 29%. Това също е глобално, като соларната енергия е най-евтиният източник на енергия (само вятърът е по-евтин). През 2023 г. беше открит момент на пренасяне на технологията на соларните панели, което може да доведе до доминиране на пазара на електричество на соларните панели, дори без допълнителни политики за климата. Силициевите панели доминират в днешното пазар на соларни фотоволтаични (PV) панели, но тяхната ефективност (количествена мярка за преобразуване на слънчевата светлина в енергия) е от ключово значение за възобновяемите енергии, тъй като разширяването на растежа в необходимия мащаб за глобалното декарбонизиране разчита на производството на най-високо ниво на енергия за най-ниската възможна цена. Основното предимство на перовскитите пред силиция е, че те могат да конвертират енергията от слънцето, поради висока подвижност на електроните в клетките. Перовскитните клетки могат да се използват сами по себе си в някои приложения. Те са изключително тънки, което означава, че могат да бъдат пръскани върху повърхности, като прозорци, с помощта на . Използването на перовскити в тандем със силиций дава предимствата както на силиция, така и на перовскитите за абсорбиране на слънчевата енергия. Силициеви само панели и въпреки че има възможности за подобрения, . Увеличава се до над 47%. Oxford PV твърди, че способността на тези панели да генерират повече енергия в една и съща площ ще намали цената на електроенергията с около 10% в сравнение със стандартните силициеви панели, според собствения си вътрешен анализ. Когато започнаха да се обсъждат тандемните панели, те първоначално бяха посрещнати със скептицизъм в индустрията, с много хора, които вярваха, че са твърде добри, за да бъдат истина, казва Дейвид Уорд, главен изпълнителен директор на Oxford PV. "Събирането на две клетки, за да се абсорбира повече слънчева светлина, е известно отдавна, но е било много скъпо", добавя той. "Комбинация, наречена , работи по същия принцип, но е значително по-скъпа от силиция." Тандемните перовскитни соларни панели също имат недостатъци. Един анализ установи, че за панел от нормален силициев соларен фотоволтаичен (PV), поради допълнителните процеси за производство, въпреки че също отбеляза, че увеличеният им изход повече откоригира това, тъй като са необходими по-малко панели за същата енергия. Перовскитите също са , и ранните продукти бяха далеч по-малко издръжливи и стабилни от силиция. Малкият обем на оловото – токсично вещество – вътре в панелите също има . Въпреки това, когато се сравнява с генерираната енергия от панелите, мащабът на използвания олов е малък и , според Джоузеф Бери, изследовател в Националната възобновяема лаборатория на САЩ, което . Всяка токсичност, свързана с изхвърлянето на панелите, може да бъде избегната чрез проектиране на подходящи процеси за рециклиране или повторно използване. Oxford PV твърди, че панелите му са проектирани да бъдат рециклирани по същия начин като стандартните силициеви панели (които също съдържат олово). Соларната индустрия в цялата си същност търси . В лабораторията на Oxford PV операциите са фокусирани върху решаването на оставащите технически проблеми на тандемните соларни панели. Тук една "ускорена стареене" камера извършва тестове, при които тестови клетки са изложени на екстремни условия, като висока температура, влажност и бързи горещи-студени цикли, симулиращи години на експозиция на околната среда в рамките на седмици или месеци. "Тези тестове дават представа за това как клетките могат да се деградират във външния свят при различни условия, без да се чакат пет, десет или петнадесет години", казва Лаура Миранда, ръководител по устойчивост на Oxford PV. Като се има предвид чувствителността на перовскитите към влагата и топлината, данните, показващи неговата дългосрочна надеждност, ще бъдат от съществено значение за комерсиализацията. Но е трудно да се намерят такива в такава млада технология, казва Бери. "Производителите на силиконови модули могат да гарантират 30-годишен живот, защото имат 30 години полеви данни", казва той. "Но за перовскитите, да знаем, че модулът, който правим днес, ще издържи 30 години, е наистина труден въпрос на материалознание." Бързото темпо на развитие означава, че реалните тестове на терена няма да предоставят отговорите, той добавя. "Устройствата, които правехме преди 10 години, не са релевантни за това, което е надеждно сега." В какъвто и да е случай, докато тандемните клетки се деградират по-бързо от силициевите само, това е увеличената енергия, която има значение за жизнеспособността, според Скот Грейбиъл, главен изпълнителен директор на Caelux, базирана в САЩ компания за разработка на соларни панели, която също е на стартъп. Но той вярва, че соларният сектор "неизбежно се измества" към тази технология. За Бери ключът сега е да се види как тандемните перовскити се представят в реалния свят. "Едно е да мислите, че имате нещо, което е издръжливо, а друго е да го покажете на терена."