Тончайший, тоньше волоса, слой гибридного перовскита на стеклянной подложке имеет глубокий чёрный цвет. Это — будущее солнечной энергетики. Кремниевые солнечные элементы уже изучены вдоль и поперёк, и прибавить им коэффициента полезного действия уже не получается. Как говорят химики, они дошли до степени своей зрелости. А вот гибридные перовскиты готовы побороться за первенство в выработке мощности. «При этом они потенциально существенно дешевле. А самое главное — гибридный перовскит с этим кремнием вместе, в тандеме, позволяют получить КПД существенно выше, чем все известные на сегодняшний день технологии», — рассказал Алексей Тарасов, заведующий Лабораторией новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ.
Учёные факультета наук о материалах МГУ уже не один год проводят с этим веществом эксперименты, как, впрочем, и их коллеги со всего мира. При том, что гибридный перовскит очень эффективен, он не очень управляем — говоря профессиональным языком, не очень стабилен. Гибридный перовскит легко впадает в реакции с кислородом и водой, которые содержатся в воздухе, а значит теряет эффективность. Поэтому он до сих пор и не используется в промышленном производстве солнечных батарей. «Один из методов борьбы с этим — так называемая инкапсуляция. То есть нужно спрятать солнечный элемент в какой-то «контейнер», который полностью исключит возможность поступления к нему извне кислорода и влаги», — пояснил Алексей Тарасов.
Оказалось, что фторид магния идеально подходит. Вещество дешёвое и к тому же увеличивает прозрачность солнечного элемента для солнечного света.
Своим открытием учёные поделились в престижном международном журнале Journal of Energy Chemistry. «Первые перовскитные солнечные элементы могли проработать всего 15 минут. А сегодняшние солнечные элементы работают тысячу, три тысячи часов, в зависимости от условий», — отметил Алексей Тарасов. В этой лаборатории много собранного руками самих учёных. В том числе и установка для напыления различных материалов поверх инкапсулированного слоя перовскита. Специалисты ищут вещества, которые могут придать такому солнечному элементу различные дополнительные функции. Химики — люди с юмором. В коробках, подписанных как «кладбище солнечных элементов», хранятся образцы, с которыми работали в лаборатории. Правда, они не такие уж и мёртвые — это, скорее, картотека. Иногда нужно вернуться к какой-то версии, чтобы заново её проанализировать, подобно тому, как криминалисты хранят улики с места преступления. Пока образцы маленькие, но всех их используют по максимуму. В другой установке — кстати, тоже собранной самостоятельно, — на образцы светят специальной лампой, имитирующей Солнце с его широчайшим диапазоном длин волн электромагнитного излучения.
«Для того, чтобы в режиме онлайн измерять КПД солнечного элемента, мы помещаем их в специальный держатель, который позволяет также их нагревать. В нём имеются электрические контакты для того, чтобы присоединить каждый отдельный солнечный элемент к специальному измерительному оборудованию», — пояснил Николай Белич, научный сотрудник лаборатории новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ.
Возможность инкапсуляции гибридного перовскита, которую открыли химики МГУ, — огромный шаг вперёд в развитии альтернативной энергетики. И промышленное производство более мощных солнечных батарей уже не за горами.
