Ученые физического факультета Оксфордского университета разработали революционный подход, который может генерировать все большее количество солнечной электроэнергии без необходимости использования солнечных панелей на основе кремния. Вместо этого их инновация работает путем нанесения нового материала, генерирующего энергию, на поверхности повседневных предметов, таких как рюкзаки, автомобили и мобильные телефоны.

Их новый поглощающий свет материал впервые оказался достаточно тонким и гибким, чтобы его можно было наносить на поверхность практически любого здания или обычного объекта. Используя новаторскую технологию, разработанную в Оксфорде, которая объединяет несколько поглощающих свет слоев в один солнечный элемент, они освоили более широкий диапазон светового спектра, что позволило вырабатывать больше энергии из того же количества солнечного света.

Этот сверхтонкий материал, использующий этот так называемый многопереходный подход, теперь был независимо сертифицирован как обеспечивающий более 27% энергоэффективности , впервые сравнявшись с производительностью традиционных однослойных материалов, генерирующих энергию, известных как кремниевые фотоэлектрические элементы. Японский Национальный институт передовой промышленной науки и технологий (AIST) выдал свою сертификацию до публикации научного исследования исследователей в конце этого года.

«Всего за пять лет экспериментов с нашим подходом к стекированию или многопереходному соединению мы повысили эффективность преобразования энергии примерно с 6% до более чем 27%, что близко к пределу того, чего сегодня могут достичь однослойные фотоэлектрические элементы», — сказал доктор Шуайфэн Ху, научный сотрудник физического факультета Оксфордского университета.

«Мы считаем, что со временем этот подход позволит фотоэлектрическим устройствам достичь гораздо большей эффективности, превышающей 45%».

Это сопоставимо с примерно 22% энергоэффективности солнечных панелей сегодня (то есть они преобразуют около 22% энергии солнечного света), но универсальность нового ультратонкого и гибкого материала также является ключевой. При толщине чуть более одного микрона он почти в 150 раз тоньше кремниевой пластины. В отличие от существующих фотоэлектрических элементов, обычно применяемых к кремниевым панелям, это может быть применено практически к любой поверхности.

«Используя новые материалы, которые можно наносить в качестве покрытия, мы показали, что можем воспроизвести и превзойти кремний, а также добиться гибкости. Это важно, поскольку это обещает больше солнечной энергии без необходимости в таком количестве панелей на основе кремния или специально построенных солнечных фермах», — сказал доктор Юнке Ван, научный сотрудник программы Marie Skłodowska Curie Actions в Оксфордском университете физики.

Исследователи полагают, что их подход продолжит снижать стоимость солнечной энергии, а также сделает ее наиболее устойчивой формой возобновляемой энергии. С 2010 года глобальная средняя стоимость солнечной электроэнергии снизилась почти на 90%, что сделало ее почти на треть дешевле, чем вырабатываемая из ископаемого топлива. Инновации обещают дополнительную экономию средств, поскольку новые материалы, такие как тонкопленочный перовскит, сокращают потребность в кремниевых панелях и специально построенных солнечных фермах.

«Мы можем представить себе, что покрытия из перовскита будут наноситься на более широкие типы поверхностей для выработки дешевой солнечной энергии , например, на крыши автомобилей и зданий и даже на задние панели мобильных телефонов. Если таким образом можно будет вырабатывать больше солнечной энергии, мы можем предвидеть меньшую необходимость в долгосрочной перспективе использовать кремниевые панели или строить все больше и больше солнечных ферм», — добавил доктор Ван.

Исследователи входят в число 40 ученых, работающих над фотовольтаикой под руководством профессора возобновляемой энергии Генри Снейта на физическом факультете Оксфордского университета. Их пионерская работа в области фотовольтаики и, в частности, использование тонкопленочного перовскита началась около десяти лет назад и использует преимущества специально созданной роботизированной лаборатории.

Их работа имеет большой коммерческий потенциал и уже начала находить применение в коммунальной сфере, строительстве и автомобилестроении.

Oxford PV, британская компания, выделенная из Оксфордского университета физики в 2010 году соучредителем и главным научным сотрудником профессором Генри Снайтом для коммерциализации перовскитных фотоэлектрических элементов, недавно начала крупномасштабное производство перовскитных фотоэлектрических элементов на своем заводе в Бранденбурге-на-Хафеле, недалеко от Берлина, Германия. Это первая в мире линия массового производства тандемных солнечных элементов «перовскит-на-кремнии».

«Изначально мы рассматривали площадки в Великобритании для начала производства, но правительство пока не предоставило фискальных и коммерческих стимулов, сопоставимых с теми, которые предлагаются в других частях Европы и Соединенных Штатах», — сказал профессор Снайт.

«До сих пор Великобритания рассматривала солнечную энергетику исключительно с точки зрения строительства новых солнечных электростанций, но реальный рост будет обусловлен коммерциализацией инноваций — мы очень надеемся, что недавно созданная British Energy обратит на это свое внимание».

«Поставка этих материалов станет быстрорастущей новой отраслью в глобальной зеленой экономике, и мы показали, что Великобритания внедряет инновации и лидирует в научном плане. Однако без новых стимулов и лучшего пути преобразования этих инноваций в производство Великобритания упустит возможность возглавить эту новую глобальную отрасль», — добавил профессор Снайт.