Группе специалистов, представляющих петербургский университет “ЛЭТИ” и БГУИР, удалось изготовить наноматериалы, потенциально способные улучшить эффективность, надежность, увеличить срок службы солнечных панелей.

Важность открытия нельзя отрицать. На солнечной энергии построена вся отрасль альтернативной энергетики, не только российской, но и мировой.

Использование возобновляемых источников экономит природные ресурсы, запасы которых ограничены, сводит к минимуму объемы вредных атмосферных выбросов.


Актуальность проблемы

Преобразование солнечного света в электрический ток происходит посредством солнечных панелей. Перспективная разработка для их промышленного выпуска – перовскитоподобные наноматериалы. Они характеризуются высоким КПД и низкой ценой, однако, помимо преимуществ, для них характерны и серьезные недостатки.

Главный минус – малый ресурс, уязвимость для внешних факторов, повышенной влажности, низких температур. В условиях сложного климата, материал теряет базовые свойства, структура панели разрушается, из-за чего она теряет эффективность, выходит из строя без возможности восстановления.


Вариант устранения недостатка – легирование, предполагающее добавление в материал компонентов, улучшающих физические свойства. Благодаря легированию, удастся адаптировать перовскитные солнечные панели к жестким условиям, исключить их деградацию из-за воздействий влаги и температуры.

Екатерина Муратова, занимающая пост одного из ведущих специалистов “ЛЭТИ”, подчеркнула, что ее кафедра трудится над разработкой перовскитных ячеек с высокой эффективностью.

Задача решается исследовательским методом, проводятся тесты, помогающие определить кристалличность перовскитоподобных пленок, понять, какие легирующие компоненты способны в лучшую сторону изменить базовые параметры.

Пример удачного легирования – добавление бария, увеличивающего показатели фотолюминесценции, панель эффективнее улавливает световой поток, продуцирует больше энергии, эффективно функционирует даже при отсутствии точного позиционирования относительно солнца.

Развитие технологии

Содействие специалистам “ЛЭТИ” оказывали коллеги из Беларуси, представляющие государственный университет БГУИР. Партнерскую научную группу возглавил доцент университета, кандидат технических наук, Игорь Врублевский.

Белорусские специалисты передавали российским ученым материалы на основе перовскита, улучшенные по методу добавления бария и аминов. Эти материалы, находящиеся в пленочной и порошковой форме, тщательно изучались.


Задачи партнерских научных групп сводились к следующему:

• Анализ морфологии наноструктур, ее габаритов, формы, пространственной конфигурации;

• Влияние базового материала, составляющего подложку, на характеристики солнечной панели. Подложка обеспечивает жесткость детали, позволяет ровным слоем нанести перовскит. Функцию материала-основы может выполнять, например, кремний или стекло.

Исследования были связаны, главным образом, с особенностями молекулярной структуры, химического состава материала. Специалистам нужно было установить, какие соединения формируют его, каковы их объемные доли.

Конечно, изучалось и влияние химического состава на сопротивляемость структуры внешним нагрузкам, обеспечение ее способности противостоять постоянному воздействию воды, высокой, низкой температуры.

Одна из главных стадий исследовательской работы – анализ транспортного слоя панели, являющегося оксидом металла, в частности, титана. Специалистам необходимо было определить электрические параметры, способность обеспечивать эффективное взаимодействие активного и базового слоя.

С этой целью применялось технологичное лабораторное оборудование, зондовые микроскопы, обеспечивающие высокую точность показаний.

Подведение итогов

Вячеслав Мошников, представляющий кафедру МНЭ “ЛЭТИ”, подвел итоги исследовательской работы.

По словам специалиста, она продемонстрировала эффективность фрактальной организации материала, повторяющей конфигурации и узоры на различных масштабах, в обеспечении стабильности солнечных панелей на основе перовскита.

Фотопреобразователи, изготовленные по такому методу, лучше выдерживают негативные воздействия среды, не наблюдается их выраженная химическая,
физическая деградация.

Реального прототипа, образца, изготовленного на базе полученных знаний, пока не существует, однако, его появление – это только вопросов времени.

Вскоре он должен появиться, настанет время нового этапа исследований, после успешного завершения которых высока вероятность старта серийного выпуска.

Источник: lan-art.ru