В России созданы самые эффективные перовскитные солнечные элементы — их КПД достигает 36,1 %

Российские ученые из НИТУ МИСИС создали прототип перовскитного солнечного элемента, способный работать с рекордной эффективностью при любом освещении — от солнечного полудня до искусственного света в помещении. КПД устройства достигает 36,1 процента, что в 2,5 раза выше показателей традиционного кремния в условиях смешанного спектра. Технология уже готова к промышленному внедрению, что открывает путь к созданию автономных датчиков для «умного» дома и других устройств интернета вещей (IoT).

Перовскит против кремния: новый рекорд эффективности

Ключевое отличие разработки — способность сохранять высокую производительность при любом сочетании длин волн. Обычные кремниевые фотоэлементы демонстрируют пиковую мощность только при строго определенных спектральных условиях. Перовскитный элемент с повышенным содержанием брома, напротив, одинаково эффективно преобразует свет раннего утра, пасмурного дня или светодиодных ламп.

Исследователи добились этого за счет изменения кристаллической структуры материала. Как пояснила соавтор работы, инженер лаборатории Перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС Нигина Талбанова, бром смещает край спектра поглощения в область высокоэнергетических фотонов. Это позволяет элементу «захватывать» больше света в условиях так называемого горячего освещения с цветовой температурой 1700 Кельвин.

Максимальный зафиксированный КПД в 36,1 процента — абсолютный рекорд для перовскитной фотовольтаики на данный момент. Однако даже при отклонениях от оптимального спектра эффективность остается стабильно выше, чем у кремниевых аналогов.

Промышленная готовность: редкость для научных прорывов

В отличие от многих лабораторных разработок, этот прототип уже прошел стадию масштабирования. Ученые представили именно промышленный образец, который можно запускать в серийное производство. Перовскит легко наносится на гибкие подложки, включая пластик, что значительно упрощает интеграцию в различные устройства.

Основная сфера применения, по мнению разработчиков, — выработка электроэнергии в помещениях. Спектр внутри зданий хаотичен и состоит из множества источников: люминесцентных ламп, светодиодов, естественного света из окон. Именно в таких условиях новый элемент демонстрирует наибольшее преимущество перед традиционными технологиями.

За последние пять лет перовскитная фотовольтаика прошла путь от лабораторных курьезов до серьезных коммерческих перспектив. Первые прототипы страдали от нестабильности и быстрой деградации под воздействием влаги и ультрафиолета. Однако постепенное совершенствование химического состава и методов инкапсуляции позволило решить эти проблемы. Нынешняя разработка НИТУ МИСИС представляет собой не просто научную статью, а готовый к внедрению продукт, что существенно ускоряет выход технологии на рынок.

Успешное масштабирование перовскитных элементов способно изменить ландшафт рынка автономных датчиков и устройств с низким энергопотреблением. Если сейчас «умные» розетки, термостаты и датчики движения либо питаются от батареек, либо требуют проводного подключения, то появление дешевых гибких фотоэлементов с высокой эффективностью при искусственном свете делает реальностью полностью автономные системы. Снижение зависимости от одноразовых источников питания и упрощение монтажа — вот два ключевых экономических эффекта, которые может принести внедрение этой технологии.