У сонячній енергетиці десятиліттями існує свій «вічний наступник» — перовскіт. Цей клас матеріалів роками обіцяє здешевити сонячні панелі в рази, але щоразу спотикається об ту саму перешкоду: чудові лабораторні зразки розміром із поштову марку стрімко втрачають ефективність, щойно їх намагаються збільшити до розмірів справжньої панелі, а під реальним сонцем швидко деградують. Китайські дослідники, схоже, зробили найпереконливіший на сьогодні крок до розв’язання обох проблем — і вперше показали перовскітні панелі, які в польових умовах реально виробляють більше електрики, ніж сусідні кремнієві.
Рекорд, який має значення
Команда Сяо Ке та Хайжена Тана з Нанкінського університету спільно з інженерами компанії Renshine опублікувала 12 серпня в журналі Nature результати, серед яких — новий світовий рекорд ефективності для повнорозмірних перовскітних панелей: 22% на модулі площею 0,72 квадратного метра з вихідною потужністю 158,4 вата. Важливо, що йдеться про чистий перовскіт, а не про модні тандемні конструкції «перовскіт поверх кремнію»: це самостійна технологія, яка потенційно може взагалі обійтися без кремнієвого виробництва з його дорогими печами й надчистими матеріалами.
Цифра 22% сама собою не рекордна для сонячної енергетики — серійний кремній видає стільки ж або трохи більше. Сенсація в іншому: досі повнорозмірний перовскіт до таких показників просто не дотягував, втрачаючи по дорозі від лабораторного зразка до панелі значну частину ефективності. Для порівняння: попередній результат цієї ж команди на великих плівках становив 17,2%.
Хімія перемоги
Ключем до прориву стала зміна «рецепта». Дослідники підібрали нову комбінацію з трьох розчинників — 2-метоксіетанолу, 1,3-діоксолану й диметилсульфоксиду, — завдяки якій захисний шар формамідинію йодиду природним чином накопичується на поверхні кристалів під час формування плівки. А фінальну обробку поверхні виконали органічними карбоксилатами свинцю, які рівномірно вкривають великий лист без інертної атмосфери.
Це пряма відповідь на слабкості стандартного підходу з амонієвими солями: той вимагав дорогого обладнання із захисним газом, нерівномірно лягав на великі площі й, найгірше, деградував під яскравим сонцем. Наскільки нове рішення краще, показали стрес-тести. У камері з температурою 85°C і вологістю 85% упродовж 1300 годин панелі зі старим покриттям втратили 39% потужності, з новим — лише 2%. Додатково модулі витримали 300 швидких термоциклів від −40°C до +85°C без вимірюваних втрат — це вже рівень вимог до серійної продукції, а не лабораторної іграшки.
Головний доказ — у полі
Та найпереконливіша частина роботи — не камери й не сертифікати, а звичайне поле. Дослідники встановили поруч мегават перовскітних панелей і 3,5 мегавата сучасних кремнієвих TOPCon — і три місяці просто порівнювали виробіток. Результат: у березні перовскіт видав на 3,42% більше енергії, у квітні — на 3,79%, у травні — на 5,81%. Показово, що перевага зростала разом із температурою: перовскіт значно менше за кремній втрачає ефективність на спеці — а саме в спекотні сонячні дні панелі й мають заробляти найбільше.
Аргумент вартості нікуди не зник: перовскітні плівки можна фактично друкувати з рідких «чорнил» за низьких температур, тоді як кремній вимагає енергоємного очищення й високотемпературних процесів. Якщо технологію вдасться довести до серії, сонячна генерація може подешевшати відчутно — і саме тому за перовскітом полюють усі великі гравці галузі.
Для України, до речі, ця технологічна гонка має цілком практичний вимір: домашні сонячні станції стали масовим явищем після років блекаутів, і кожен відсоток ККД чи зекономлений долар на ваті потужності напряму впливає на окупність таких систем. Якщо перовскіт справді здешевить панелі, наступна хвиля українських дахових СЕС може виявитися відчутно доступнішою за нинішню.
Що далі
Конкретних планів комерціалізації чи термінів виходу на ринок автори не називають, а довгострокова стабільність перовскіту — роки, а не місяці роботи — все ще залишається відкритим питанням, як і екологічні застереження щодо вмісту свинцю. Але напрямок руху очевидний: від зразків-марок до повнорозмірних панелей, від лабораторій до мегаватних польових масивів, від «колись потім» до порівняльних графіків виробітку поруч із серійним кремнієм. «Вічний наступник» уперше виглядає як реальний претендент на трон — і показово, що вирішальний крок знову зроблено в Китаї, який і так контролює левову частку світового виробництва сонячних панелей.
Нагадаємо, масштаби китайських сонячних амбіцій ми нещодавно розбирали детально: раніше ми писали про «Великий сонячний мур» — 400-кілометрову смугу панелей у пустелі Кубучі потужністю 100 ГВт, яка має живити Пекін і заразом зупиняти наступ пісків.
