Ученые Университета МИСИС представили первую в России портативную раскладываемую солнечную батарею на основе гибридных перовскитов, готовую к промышленному масштабированию. Разработка отличается от аналогов высокой эффективностью работы в условиях низкой освещенности.
Большинство солнечных элементов, доступных на рынке, состоят из кремниевых батарей. Около 10% приходится на батареи, изготовленные из соединения меди, индия, галлия и селена. Производство обоих типов дорогое, энергоемкое и, как следствие, недоступное для большинства потребителей. К тому же они не рассчитаны на работу в неблагоприятных погодных условиях. Всего 10 лет назад ученые обнаружили исключительные свойства галогенидного перовскита. Батареи на основе этого материала могут вырабатывать больше энергии из солнечного света, и в производстве они дешевле, чем аналоги. Ученые НИТУ МИСИС создают все более эффективные батареи, подбирая различные типы подложек, которые используются в архитектуре перовскитной батареи.
В новом изделии используются фотомодули, выполненные в полном технологическом цикле жидкофазного нанесения и лазерного скрайбирования на подложках из стекла 100 × 100 мм2, скомутированные на прочном текстиле для упрощенной раскладки и переноски. Важно отметить, что образец выполнен полностью из отечественного сырья и отвечает задачам импортозамещения высокотехнологичных разработок в энергетике и оптоэлектронике.
«Мы провели натурные испытания в неблагоприятных условиях пасмурной погоды и сумрачного освещения, подтвердившие повышение генерационной мощности наших перовскитных фотомодулей в сравнении с существующими аналогами на кремнии. При эталонных солнечных условиях достигнут показатель КПД более 25%, при естественном затенении и облачных условиях значение КПД более 15%», — сказал руководитель исследования, к.т.н. Данила Саранин, и.о. заведующего лабораторией перспективной солнечной энергетики Университета МИСИС.
При интенсивном взаимодействии Университета МИСИС с машиностроительным предприятием АО «ИСТОК» (г. Тверь) впервые разработаны солнечные батареи нового поколения в прототипе, полностью готовом к промышленному производству. Помимо масштабирования технологии применены инновационные подходы легирования графеноподобными материалами и хлор-содержащими прекурсорами, позволяющим контролировать количество дефектов и морфологию тонкопленочных структур.
«„Зеленая“ энергетика относится к числу приоритетных научно-образовательных направлений университета. Ученые НИТУ МИСИС работают над созданием солнечных элементов и фотодетекторов на основе перовскитов с 2015 года, все эти годы их научные исследования получают признание на самом высоком уровне. Сотрудники лаборатории перспективной солнечной энергетики Университета МИСИС стали лауреатами премии Правительства Москвы молодым ученым за 2019 год, а год спустя научная команда под руководством Данилы Саранина и Артура Иштеева получила премию Мэра столицы „Новатор Москвы“ в номинации „Энергетика“. Последняя разработка лаборатории перспективной солнечной энергетики — портативная раскладываемая солнечная батарея — уникальна, открывает широкие перспективы для применения солнечных батарей в экстремальных условиях Арктики», — отметила ректор Университета МИСИС Алевтина Черникова.
Новое изделие уже адаптируют для использования для автономного питания узлов связи и удаленных объектов в условиях Крайнего Севера. Также ведутся исследования по интеграции новых солнечных батарей для питания микроспутников на низкий орбитах. Дальнейший поиск эффективных типов подложек, которые используются в архитектуре перовскитной батареи, поможет снизить затраты на производство и сделать солнечные панели более доступными, тем самым расширяя спектр альтернативных источников энергии.
Исследование проведено в рамках стратегического проекта НИТУ МИСИС «Материалы будущего» по программе Минобрнауки России «Приоритет-2030». Важным конкурентным преимуществом университета является способность реализовать весь цикл создания материала: от моделирования структур и свойств до изготовления промышленных образцов.
