Современная электроника №2/2024

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 8 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 2 / 2024 Рис . 3. Вид перовскита – материала лиКПДв 30%. Онипоказали стабильность работы в течение 450 ч . Перспективным материалом заинтересовались хими - ки , материаловеды , специалисты по оптоэлектронике отечественного НИТУ МИСиС ( Лаборатория перспективной солнечной энергетики МИСиС ) и Лабо - ратории новых материалов для солнеч - ной энергетики Факультета наук о мате - риалах МГУ имени М . В . Ломоносова . Кстати , Лаборатория перспективной солнечной энергетикиМИСиС – претен - дент на премию « Сделано в России – 2022» в номинации « Наука и технологии ». Главные отличия перовскитных элементов Основой устройства является поверх - ность соприкосновения двух типов кремния . Верхняя часть элемента про - зрачна , и световой поток почти без пре - пятствий падает на чувствительный слой кремния . В момент попадания света на поверхность ФЭ между дву - мя типами кремния возникает разни - ца потенциалов . При подключении к ФЭ электрической нагрузки сила тока возрастает пропорционально яркости принятого рабочей поверхностью све - тового потока . Для усиления мощности последовательно соединённые парал - лельным способом ФЭ образуют моду - ли и батареи . Таким образом , под воз - действием освещения они являются источником автономного питания . Гибкие и тонкие панели ПСЭ можно распечатать на промышленных прин - терах , в том числе на стекле и пласти - ке . Благодаря конструктивным свой - ствам их легко размещать на фасадах зданий или даже окнах . При этом про - изводство обходится вдвое дешевле , чем производство батарей из крем - ния : ожидается , что цена одного ква - дратного метра солнечной панели из перовскита составит примерно $20. ПСЭ лучше аналогов воспринимает световой спектр , следовательно , при низкой интенсивности освещения , а также в условиях осадков , при облач - ной погоде на основе ПСЭ уместно соз - давать « всепогодные » солнечные бата - реи . Благодаря прочности и тонкости перовскит можно интегрировать в гад - жеты , устройства телекоммуникации , экосистемы датчиков . ПСЭ полезен и как источник питания для автономных устройств : устройств - коммуникаторов , трекинговых девайсов , портативных радиостанций – всего того , что делает жизнь комфортнее . Везде , где нужен маленький элемент питания , надёжно работающий в любых условиях . История открытия и причины интереса к перовскитам Перовскиты – класс материалов с кристаллической структурой , подобной минералу под названием « перовскит » (CaTiO 3) . Их химическая формула ABX 3 , где A и B – катионы , а X – анион . Боль - шое количество возможных комбина - ций химического состава позволяет рассматривать материал как подходя - щий для нового поколения солнечных элементов . Замена органического кра - сителя на перовскит привела к возник - новению практически совершенного типа солнечных элементов . Принцип работы перовскитной ячейки практиче - ски не отличается от ячейки Гретцеля . Причём перовскитные ячейки имеют слоистую структуру , где каждый слой выполняет определённую функцию . Новые преобразователи солнечной энергии на основе арсенида галлия в несколько раз тоньше традиционных . Ранее разработчики использовали полупроводниковый арсенид галлия для создания двух типов фотоэлектри - ческих устройств . Одним из них была кристаллическая структура , созданная путём наложения различных материа - лов друг на друга . Ключом к устойчиво - сти к радиоактивному излучению явля - лись клетки , которые включали в себя тонкий слой светопоглощающего газа . Мощный всплеск интереса к перов - скитным солнечным элементам ( далее – ПСЭ ) был зафиксирован при откры - тии эффекта преобразования солнеч - ного света в электрическую энергию с КПД , близким к известным солнеч - ным батареям на основе кремния . Нель - зя сказать , что ПСЭ уже вполне конку - рируют с типичными кремниевыми солнечными элементами . Современ - ные кремниевые солнечные батареи теряют примерно 0,5% условной мощ - ности за первый год работы , а для пер - спективного химического соединения двойных перовоскитных субстанций – йодида свинца – метиламмония – в 2022 году зафиксированы потери толь - ко 10% мощности за несколько месяцев активной эксплуатации при прочих рав - ных условиях . Однако направление ПСЭ стремительно развивается , что хорошо видно в динамике . Эффективность ПСЭ , доказанная в лабораторных условиях , за 10 лет возросла : с 12,8% в 2013 г . до 25,2% в 2020 г . и до 26% в 2022 году в однопе - реходных архитектурах ( однослойных ФЭ ), а в тандемных элементах на осно - ве кремния – до 29,8%, превысив мак - симальную эффективность типичных солнечных элементов на основе одного лишь кремния ( примерно 25%). Сопер - ничество с ПСЭ продолжается , посколь - ку совершенствуются технологии и на основе кремниевых кристаллов , однако потенциал ПСЭ признаётся значительно более высоким , чем у « кремния ». Кроме того , технологическиПСЭ можно полу - чить осаждением частиц из химического раствора , тогда как кремниевые ФЭ , тре - бующие сверхчистых материала и усло - вий производства , вакуумных камер , зависимы от сложного процесса осаж - дения кристалла на подложку . Промышленное производство перов - скитных кристаллов до недавнего вре - мени проводилось в лабораторных усло - виях . Однако в лабораторииМохаммада Х . Назируддина из Федеральной поли - технической школы Лозанны (EPFL, Швейцария ) в сотрудничестве с про - фессоромМайклом Гретцелем , ведущим разработчиком « ячейки Гретцеля », дей - ствующей на принципах фотосинтеза , и компанией Solaronix внедрением новой химической формулы удалось улучшить технологию . В результате был изготовлен гибридный трёхмер - ный перовскитный солнечный элемент , сочетающий повышенную стабильность двухмерных перовскитов с трёхмерной формой . Сверхстабильный перовскит - ный солнечный элемент более года сохранял высокую производительность . На практике это свидетельствует о том , что кристаллы преобразовывают види - мый солнечный спектр с высоким КПД [4]. Напомним , что М . Гретцель так - же автор выдающегося научного тру - да , приблизившего нас к изобретению литий - ионного аккумулятора . В современных реалиях в сегмен - те солнечной энергетики цена фото - элемента менее важна , чем его надёж - ность и производительность . К слову , в последние 10 лет цена ФЭ - модулей