Перовскиты имеют высокие шансы заменить кремний в фотоэлектрических элементах, в основном благодаря их гибкости и возможности получения тонких пленок. Быстрый прогресс в исследованиях перовскитных солнечных элементов может сделать их восходящей звездой в мире фотоэлектрических систем и произвести настоящую революцию на рынке фасадного остекления. Технология имеет потенциальные преимущества для застройщиков, арендаторов и сообщества в целом – невысокая стоимость реализации, более низкие затраты на электроэнергию, что приводит к снижению выбросов углекислого газа.

Благодаря перовскиту здания могут стать энергонезависимыми, а фотоэлементы на их основе могут вскоре покрыть фасады коммерческих объектов. Успешно пройдены практические испытания на фасадах частного дома и офисного здания. Пилотное производство уже запущено. Ожидается, что фотоэлектрические элементы из перовскита будут готовы к выходу на рынок в 2021 году.

Перовскиты как альтернатива кремнию

Перовскит – это природный минерал с кристаллической структурой (например, титанат кальция), обладающий способностью поглощать свет. Однако натуральный минерал не проводит электричество и непривлекателен с точки зрения технологических перспектив. С другой стороны, перовскит можно получить искусственным путём в лаборатории и, немного изменив его структуру, придать ему новые свойства, такие как токопроводимость. Именно эти модифицированные перовскиты являются альтернативой кремнию – полупроводнику, который до сих пор использовался в производстве фотоэлектрических элементов.

Перовскитовые фотоэлектрические панели, изготовленные с помощью струйной печати, гибкие, ультратонкие, легкие и прозрачные. Эти элементы сохраняют высокую эффективность генерирования энергии, даже если солнечные лучи не падают на них под оптимальным углом. Они позволяют покрывать целые фасады, в том числе окна, и одинаково качественно работают на любой поверхности.

Метод получения перовскитных фотоэлектрических модулей с помощью струйной печати был разработан Ольгой Малинкевич. Впоследствии польский физик стала соучредителем компании Saule Technologies, которая занимается коммерциализацией данного изобретения. С 2018 года шведская компания Skanska обладает исключительными правами на использование перовскитной технологии, разработанной Saule Technologies.

Чем интересен перовскит рынку СПК?

Исследования по использованию перовскитов продолжаются более десяти лет, и многие ученые считают, что у них есть хорошие шансы заменить современные полупроводники в солнечных элементах. Перовскиты имеют эффективность преобразования энергии 18-22%, что аналогично кремнию, но их можно использовать в ультратонких слоях, что позволяет значительно сэкономить на материале для производства фотоэлектрических элементов.

Кроме того, в отличие от кремниевых элементов, они могут быть более гибкими, более легкими и частично прозрачными. Можно адаптировать форму, цвет и размеры модулей в соответствии со своими потребностями и установить их на любой доступной поверхности здания. Также очень важно, что их производство намного дешевле. Saule Technologies указывает, что эффективность солнечных элементов, использующих перовскиты, сопоставима с эффективностью других ведущих фотоэлектрических технологий, в настоящее время она составляет около 20% (например, кристаллический кремний, CdTe и CIGS).

Перовскитные фотоэлектрические модули производятся с использованием передовых технологий струйной печати. Готовый элемент затем интегрируется со стеклопакетами в фасад посредством стандартного процесса ламинирования, используемого в строительной отрасли. Благодаря чему солнечные модули на крышах и окнах, установленные в зданиях, могут действовать как панели энергоснабжения. Минералы также можно наносить на целые фасады производственных цехов и других зданий, благодаря чему стены также могут вырабатывать электричество.

Стоит прочесть: Представлен прототип окна с фотоэлектрическим стеклопакетом

Когда начнут применяться перовскиты?

Внедрение энергогенерирующих технологий, безусловно, связано с дорогостоящими исследованиями. Они интенсивно проводятся как компанией Saule Technologies (с 2014 года), так и ее конкурентами.

Передовые исследования по использованию перовскита для получения солнечной энергии проводились совместно с лучшими университетами Великобритании, Германии, Италии, Испании и Израиля.

В частности, большая проблема заключается в том, что перовскиты не так стабильны, как кремний, что является серьезной проблемой для ученых. Кроме того, второй недостаток, который относится ко всем новым технологиям, заключается в том, что компании-подрядчики очень осторожно подходят к ним с самого начала.

Важно отметить, что прозрачное фотоэлектрическое стекло позволяет не только вырабатывать электричество, но также может излучать свет любого цвета и защищать пребывающих в здании людей от вредного ультрафиолетового излучения. С другой стороны, струйная печать для производства перовскитных фотоэлектрических модулей позволяет корректно адаптировать солнечный элемент к различным поверхностям.

Первые испытания использования перовскитных фотоэлектрических модулей были проведены в частном доме площадью 93 кв. метра недалеко от Познани. Было зафиксировано, что вся установка производила больше энергии, чем в среднем требуется в год семье из четырех человек. Таких положительных результатов не ожидалось.

Пилотные проекты – многообещающие

Весомым доказательством перспективности разработки Saule Technologies стало подписание контракта со Skanska. Этот шведский девелопер приобрел лицензию на разработку технологий Saule в коммерческом строительстве на рынке Скандинавии, США, а также в отдельных странах Европы.

В 2018 году Skanska запустила пилотную программу по покрытию фасадов зданий перовскитовыми фотоэлементами. Вскоре первая панель покинула лабораторию и попала на фасад офисного здания, благодаря чему он стал источником электричества, вырабатываемого от солнца, даже при рассеянном свете. Перовскитные элементы были установлены на фасаде Spark в Варшаве. Тестируемый элемент имел размеры 1,3 на 0,9 метров и состоял из 52 фотоэлектрических модулей. Испытания подтвердили полную совместимость ячеек с фасадом.

«Это факт: действующее офисное здание потребляет много энергии. В Skanska мы много лет работаем над повышением энергоэффективности объектов. В настоящее время мы делаем шаг вперед вместе с Saule Technologies. Помимо снижения энергопотребления, перовскиты имеют реальную возможность генерировать значительные объемы энергии для удовлетворения большей части нужд в процессе эксплуатации объекта недвижимости. Мы находимся на пути к зданиям с нулевым потреблением энергии», - считает Адам Тарговски (Adam Targowski), менеджер по устойчивому развитию подразделения коммерческого развития Skanska в Центральной и Восточной Европе.

Пилотная программа направлена на проверку простоты монтажа перовскитных солнечных панелей. Еще одна причина для этого испытания – найти лучшее решение для интеграции панели с фасадом здания без вмешательства в процесс строительства или дизайн проекта. В конечном итоге окончательная версия этой конкретной панели, когда она будет коммерциализирована, покроет потребность в энергии, необходимой для освещения рабочего места одного сотрудника в течение восьми часов. В качестве альтернативы, это эквивалент энергии, используемой одним компьютером, который включен в течение всего рабочего дня.

2021 год обещает революцию на рынке СПК

Следующим шагом стало масштабирование и автоматизация процесса. С этой целью Saule Technologies в конце 2019 года запустила пилотную производственную линию, которая позволит изготавливать ячейки большего формата. Они будут использоваться для дальнейших пилотных установок. Также ведутся работы по оптимизации производственной линии.

Благодаря японскому инвестору, поддержке Национального центра исследований и разработок и нескольким исследовательским грантам на сумму более 20 миллионов евро команда получила возможность работать над производственной линией прототипа. Новая технология сейчас находится на финальной стадии тестирования. Ожидается, что продукт для коммерциализации в больших масштабах будет готов в 2021 году.

Высокий спрос на фотоэлектрические элементы, которые в последнее время были наиболее динамично развивающейся технологией в сфере возобновляемых источников энергии (особенно сейчас, когда цены на электроэнергию постоянно растут), делает очень желательными более дешевые и эффективные решения. И центром приложения усилий разработчиков становится остекление. В частности, в последнее время много говорят о фотоэлектрических окнах, которые производятся с использованием технологии квантовых точек, запатентованной компанией ML System.

Стоит прочесть: Окна nanoPV – квантовый скачок индустрии СПК

Подготовлено пресс-центром tybet.ru/WinAwards.

Размещение и использование (полностью или частично) данного материала допускается только при наличии активной гиперссылки на tybet.ru