🔴Напыление и 3D-печать: что будет дальше с рынком солнечных панелей?

Технологии тонкопленочных панелей будут иметь огромное влияние на сферу солнечной энергетики, но и у них есть свои недостатки

Сегодня тонкопленочные солнечные панели разрабатываются и производятся всего несколькими учеными и компаниями, но они открывают нам путь к более простому и дешевому производственному процессу.

Если уж за эту технологию взялись такие гиганты, как Panasonic, Fujifilm, Statoil ASA и Legal & General Capital, эксперты прогнозируют появление на рынках подобных решений на протяжении следующих 5-10 лет.

“Эта отрасль движется вперед настолько быстро, что через несколько лет такие солнечные панели уже можно будет подержать в руках,” говорит Яо ван де Лагемаат из Национальной лаборатории возобновляемой энергетики в Голден, штат Колорадо.

Самый обещающий вид таких панелей — это технологи перовскитных панелей, названная в честь известного российского минералога Льва Перовского. В отличии от кремниевых фотовольтаических панелей, перовскитные растворяются во многих жидкостях, поэтому могут с легкостью распыляться на поверхности, как обычная краска. Потенциально это делает солнечные панели намного дешевле в производстве. Это также значит, что генерирующая пленка может наноситься на гибкие поверхности, что открывает пути к совершенно новым применениям.

“Теоретически, на фабриках возможно будет производить такие панели так же, как печатают сегодня газеты,” говорит Ван де Лагемаат. “Ваши солнечные батареи будут поставляться вам в виде рулона.”

Но более всего впечатляет людей совсем не это. Ученым удалось достичь резкого увеличения эффективности перовскитных панелей в лабораторных условиях. За семь лет она выросла из превращения около 3,8% всего света, попадающего на панель, в электроэнергию, до 20%.

Эти цифры могут не впечатлять сначала. Но давайте примем во внимание, что традиционные панели на основе кремния, после десятилетий исследований и щедрого финансирования, достигли эффективности всего-навсего в 25% в лаборатории и около 18% в реальном применении. Теоретический лимит этого показателя для них составляет 33%.

В то же время, недавно назвав перовскитные панели прорывной технологией для рынка солнечной энергетики, профессор Янг Янг из кафедры материаловедения и инженерии Университета Калифорнии о них с осторожностью: “Нам нужно смотреть правде в глаза. Для того, чтобы поставить их на крыши и строить из них электростанции, необходимо значительно улучшить качество материала.”

Проблема связана с неотъемлемой характеристикой этого материала — его растворимостью. В соединении с чувствительностью к температурам это делает перовскитные панели недостаточно стабильными. Вместо срока службы в более 25 лет, как у большинства кремниевых панелей, они начинают разрушаться через несколько лет. Это может быть не критично для продуктов с малым сроком службы вроде мобильных телефонов. Но полностью изолирует их для рынка промышленных солнечных электростанций. Исследователи ищут пути стабилизировать перовскитное покрытие, или произвести пленку, которая бы защищала его от воздействий. Но это может значительно поднять себестоимость.

Еще одна проблема — это утилизация. Перовскиты обычно содержат небольшое количество свинца — недостаточно много, чтобы помешать массовому их производству (в аккумуляторе каждого автомобиля содержится такое его количество, чтобы произвести несколько сотен квадратных метров панелей). Но вполне достаточно, чтобы начать поиски менее токсичных альтернатив.

Oxford PV, предприятие ученых из Оксфордского университета, анонсировало привлечение двух крупных сумм инвестиций в конце 2016 года от нескольких инвесторов, включая Statoil Energy Ventures и Legal & General Capital. Компания также заявила, что сотрудничает с крупным глобальным производителем солнечных технологий, и планирует вывести на рынок продукт до конца следующего года.

Кроме перовскитных панелей, органические также могут наноситься в виде тонкой пленки на гибкие поверхности. Но в этом случае слой (или слои), возбуждаемые фотонами солнечного света, состоят из органических полимеров. Как и перовскитные, органические панели имеют проблемы со стабильностью. Также, ученым удалось достичь КПД лишь в 13%, что также не впечатляет. Но органические солнечные панели обладают и важными преимуществами. Они не содержат вредных веществ, и их можно делать прозрачными или цветными. Это значит, что в перспективе их можно будет наносить даже на окна в виде тонированной пленки.

Другой подход, который изучается сейчас, это так называемые квантовые точки. По сути, это частицы полупроводника, наносимые на поверхности. Эта технология находится дальше от коммерциализации, но теоретические исследования Ван де Лагемаата говорят о том, что в сочетании с перовскитами, возможно будет производить панели в эфективностью до 30%.

Леони Грин из Солнечной торговой ассоциации Великобритании говорит о том, что в целом солнечная индустрия находится в выжидательной позиции. “Исследования проходят во многих сферах, поэтому мы ждем, в какой из них произойдет переход от лаборатории в реальные рынки.”

“Не нужно забывать, что уже сейчас возможно преобразовывать около 20% света в энергию, а электричество солнечных станций дешевле всех остальных источников во многих регионах мира.”