Энергетическая революция: как солнечные батареи становятся доступнее

Солнечные батареи находятся в центре внимания ученых из разных стран мира не первое десятилетие. По мнению многих специалистов, человечество подошло к порогу революции в области солнечной энергии. Сейчас, помимо привычной кремниевой технологии, в батареях используются перовскиты. Корреспондент "Социального навигатора" поговорил с ведущим мировым специалистом в области фотовольтаики и солнечной энергетики, профессором университета имени Бен-Гуриона в Негеве (Израиль) Евгением Кацем о том, как будут работать солнечные батареи в ближайшем будущем и что ждет человечество в связи с этим.

— Евгений Адольфович, о перовскитах очень много говорят последние несколько лет. Еще в 2016 году предсказывали, что "2017 может стать переломным годом для суперэффективных перовскитных солнечных батарей". Произошла ли революция? И с чем связано такое внимание к перовскитам?

— Революция действительно произошла. Если в 2007 году их эффективность была менее 3%, то сегодня – 24%. Это очень высоко, очень близко к эффективности распространенных сейчас кремниевых солнечных батарей. Но основной интерес связан не с этим. Сегодня промышленный рынок подмят под себя кремниевыми солнечными батареями. А их КПД практически достиг теоретического предела, и не очень понятно, куда двигаться дальше. Появление перовскитных элементов изменило эту ситуацию: предпринимаются попытки создать так называемый тандемный солнечный элемент. То есть когда вы кладете на солнечный элемент из кремния солнечный элемент из перовскита.

Вся радость в том, что перовскит очень дешевый, то есть вы не добавляете к действующим сейчас солнечным батареям цену, но при этом сильно добавляете эффективность. И если сегодня рекорд эффективности кремния порядка 26%, то рекорд тандемных элементов на сегодняшний день – 28%, это такой психологический барьер, который уже перейден. То есть уже сейчас КПД тандемного элемента выше, чем самый высокий у кремния. Ученые говорят о возможности повысить эффективность тандемных элементов до 30-35%. Когда это произойдет, случится революция! И вот с этим связан основной интерес. Поэтому десятки тысяч лабораторий по всему миру работают над этим, вкладываются большие деньги в промышленные и полупромышленные образцы.

— Что сдерживает научную революцию? Почему пока не удается добиться ожидаемых результатов эффективности тандемных элементов?

— Главный недостаток перовскитных элементов, на мой взгляд, их нестабильность. Это то, чем мы занимаемся – попытками сделать их стабильными. Срок службы кремниевых солнечных элементов – 25 лет, а у перовскитов – меньше года. Это основной недостаток, который все сдерживает. Наша задача – сделать элементы, которые бы совмещали высокую эффективность с высокой стабильностью.

— А есть ли солнечные батареи с использованием других технологий, помимо кремния и перовскитов?

— Есть, но они все умерли. Долгое время много технологий шли параллельно, но в связи с тем, что правительство Китая вложило огромные деньги в увеличение производства кремниево-солнечных батарей и обработку этих технологий, другие технологии исчезли. Их не существует в промышленном смысле, только в академическом.

— Что даст обычным людям применение тандемной технологии в солнечных батареях: возможно, это более дешево или экологично?

— Действительно, энергия станет дешевле. С точки зрения экологии все неоднозначно. В перовскитах есть вредный свинец, это ужасная вещь для экологии. Однако в перовскитной технологии свинца меньше, чем в кремниевой. Несмотря на это, есть страны, где использование и применение свинца запрещено законодательно. Поэтому сейчас предпринимаются попытки заменить его в структуре перовскитов.

— Перовскиты изучают и пытаются применять во многих странах. Может ли Россия участвовать в этой гонке на равных? Какую роль тут может сыграть НИТУ "МИСиС"?

— Может. Россия когда-то была одной из двух самых передовых держав наравне с США по фотоэлектрическим преобразователям. В России был нобелевский лауреат Жорес Алферов, группа которого занималась концентраторными фотоэлементами, соединениями на арсениде галлия. Сегодня это неактуально. Правда, эта высокая, передовая наука оставила большой след. Долгое время развитие было проблематично в связи с кризисом. Академическая наука абсолютно не финансировалась, молодые люди не могли прокормить свою семью, они должны были поменять профессию либо уехать из страны.

Сегодняшняя наука – это международное комьюнити. Наука не может быть национальной, она интернациональна. Важно создать условия для того, чтобы ученые хотели вернуться. Также сейчас появляются такие вещи, как призыв ученых из-за рубежа, и это очень важно.

Например, НИТУ "МИСиС" пригласил одного из лидеров перовскитных исследований мирового уровня, профессора Альдо Ди Карло. Его задача за три года создать здесь лабораторию и вдохнуть новые знания. Есть мощнейшая группа в "Сколково", один из моих ближайших коллег, профессор Павел Трошин работает там.

Мне кажется, главный потенциал России – в мозгах, а не технологиях и лабораториях. В уровне интеллекта, и, прежде всего, интеллекта молодых студентов.

— Насколько перовскиты универсальны? Можно ли применять одни и те же перовскиты в освещении, лазерах, экранах?

— Можно. Термин "перовскит" появился от минерала, но сейчас под ним понимают не материал, а структуру. Все материалы с кристаллической структурой называются перовскитами. Поэтому они очень универсальны, применяются в абсолютно разных сферах. Это так же, как спросить, где применяются металлы, например.

— Многие страны, где недостаточно солнца, считают, что солнечные батареи в их условиях неэффективны. Изменит ли эту ситуацию применение перовскитных технологий?

— В северных странах плохо будет работать технология, где нужен так называемый прямой свет, поскольку облака "убивают" его до нуля. Но есть еще рассеянный свет. Солнечные батареи работают лучше, если будет много света, но если его будет мало, они будут работать все равно. Сейчас солнечные элементы настолько подешевели, что их использование будет выгодным в любых странах. А если удастся идея с перовскитами, и их эффективность увеличится, то это будет еще выгоднее.

Интервью взято в рамках 20-й Международной конференции по светопроводящим материалам "Физика связанных состояний свет-вещество в наноструктурах" (PLMCN-2019) в НИТУ "МИСиС".