У 100 разів дешевше за індій: створено тандемні сонячні елементи нового покоління

Міжнародна команда дослідників розробила перший високоефективний тандемний сонячний елемент комерційного розміру, який повністю обходиться без рідкісного й дорогого металу — індію.

Розробку, результати якої опубліковано в авторитетному науковому журналі Science, вдалося реалізувати завдяки заміні оксиду на основі індію на оксид олова. Цей матеріал коштує лише 1% від ціни індію, але при цьому не поступається йому за функціональною ефективністю.

Чому тандемні елементи — це майбутнє фотовольтаїки?

Тандемні сонячні елементи вважають наступним етапом еволюції сонячної енергетики. На відміну від класичних одношарових панелей, вони поєднують кілька робочих шарів, які вловлюють різні діапазони сонячного спектра. Це дозволяє досягти значно вищого коефіцієнта корисної дії (ККД).

Проте головною перешкодою для їхнього масового промислового виробництва залишалася критична залежність від індію — рідкісного металу із суворо обмеженими світовими запасами, який також активно використовується у виробництві дисплеїв та іншої електроніки.

Професор Університету Монаша в Сучжоу Юань Чен наголосив, що створення великоплощинного тандемного перовскітного елемента без індію доводить головне: технологію можна успішно вивести за межі лабораторій у масштабне виробництво. За його словами, це відкриває практичний інженерний шлях до дешевої, стійкої та масштабованої фотовольтаїки у терраватному масштабі.

Технологічні особливості та результати випробувань

Для нанесення плівок оксиду олова науковці застосували маловитратний процес реактивного плазмового осадження. Ці плівки виконують роль рекомбінаційного шару — проміжної з'єднувальної ланки між різними фотоактивними частинами тандемного елемента.

Застосувавши цю технологію як для рекомбінаційного шару, так і для прозорих електродів (переднього та заднього), команда виготовила повністю позбавлені індію сонячні модулі:

• На тестовій ділянці 1 см² сертифікована ефективність сягнула 33%.

• У масштабованому міні-модулі площею 207,9 см² ККД склав 31%.

Крім високої ефективності, пристрої продемонстрували підвищену довговічність: вони успішно витримали вплив високих температур, підвищеної вологості та понад три місяці безперервної роботи на відкритому повітрі без втрати продуктивності.

Захист енергосистеми: роль стабілізаторів напруги при інтеграції нових технологій

Збільшення ефективності сонячних модулів до 31–33% означає, що генеруючі установки майбутнього зможуть видавати високі пікові потужності навіть за відносно невеликої площі покриття. Проте будь-яка сонячна генерація залишається чутливою до коливань інтенсивності інсоляції, затінення та різких змін у мережевому навантаженні.

Щоб забезпечити стабільну роботу інверторного обладнання, акумуляторних систем та підключеного електрообладнання, у технологічний ланцюг станцій інтегрують сервопривідні або симисторні стабілізатори напруги.

Використання високоточних стабілізаторів дозволяє:

• Нейтралізувати скачки та просідання напруги, які виникають при швидкій зміні погодних умов чи перемиканні режимів генерації.

• Захистити чутливу силову електроніку інверторів від мережевих завад під цеховими або вузловими щитами розподілу.

• Забезпечити стабільну напругу для власних потреб сонячної електростанції (систем моніторингу, охолодження та трекінгу).

Завдяки поєднанню дешевих високоефективних модулів на оксиді олова та надійного обладнання для стабілізації напруги, сонячна енергетика отримує базу для швидкого та безпечного масового впровадження.