В 100 раз дешевле индия: созданы тандемные солнечные элементы нового поколения

Международная команда исследователей разработала первый высокоэффективный тандемный солнечный элемент коммерческого размера, полностью обходящийся без редкого и дорогого металла — индию.

Разработку, результаты которой опубликованы в авторитетном научном журнале Science , удалось реализовать благодаря замене оксида на основе индия на оксид олова. Этот материал стоит всего 1% от цены индия , но при этом не уступает ему по функциональной эффективности.

Почему тандемные элементы – это будущее фотовольтаики?

Тандемные солнечные элементы считаются следующим этапом эволюции солнечной энергетики. В отличие от классических однослойных панелей, они совмещают несколько рабочих слоев, которые улавливают разные диапазоны солнечного спектра. Это позволяет добиться значительно более высокого коэффициента полезного действия (КПД).

Однако главным препятствием для массового промышленного производства оставалась критическая зависимость от индия — редкого металла с строго ограниченными мировыми запасами, который также активно используется в производстве дисплеев и другой электроники.

Профессор Университета Монаша в Сучжоу Юань Чен подчеркнул, что создание крупноплоскостного тандемного перовскотного элемента без индия доказывает главное: технологию можно успешно вывести за пределы лабораторий в масштабное производство. По его словам, это открывает практический инженерный путь к дешевой, устойчивой и масштабируемой фотовольтаике в терраватном масштабе.

Технологические особенности и результаты испытаний

Для нанесения пленок оксида олова ученые применили малозатратный процесс плазменного реактивного осаждения. Эти пленки выполняют роль рекомбинационного слоя – промежуточного соединительного звена между разными фотоактивными частями тандемного элемента.

Применив эту технологию как для рекомбинационного слоя, так и для прозрачных электродов (переднего и заднего) команда изготовила полностью лишенные индию солнечные модули:

• На тестовом участке 1 см² сертифицированная эффективность достигла 33% .

• В масштабируемом мини-модуле площадью 207,9 см² КПД составил 31% .

Кроме высокой эффективности устройства продемонстрировали повышенную долговечность: они успешно выдержали влияние высоких температур, повышенной влажности и более трех месяцев непрерывной работы на открытом воздухе без потери производительности.

Защита энергосистемы: роль стабилизаторов напряжения при интеграции новых технологий

Увеличение эффективности солнечных модулей до 31–33% означает, что генерирующие установки будущего могут выдавать высокие пиковые мощности даже при относительно небольшой площади покрытия. Однако любое солнечное поколение остается чувствительным к колебаниям интенсивности инсоляции, затенению и резким изменениям в сетевой нагрузке.

Чтобы обеспечить стабильную работу инверторного оборудования, аккумуляторных систем и подключенного электрооборудования, в технологическую цепь станций интегрируют сервоприводные или симисторные стабилизаторы напряжения .

Использование высокоточных стабилизаторов позволяет:

• Нейтрализовать скачки и просадки напряжения, возникающие при быстром изменении погодных условий или переключении режимов генерации.

• Защитить чувствительную силовую электронику инверторов от сетевых помех под цеховыми или узловыми щитами распределения.

• Обеспечить стабильное напряжение для собственных нужд солнечной электростанции (систем мониторинга, охлаждения и трекинга).

Благодаря сочетанию дешевых высокоэффективных модулей на оксиде олова и надежного оборудования для стабилизации напряжения солнечная энергетика получает базу для быстрого и безопасного массового внедрения.