Особого внимания заслуживают тандемные солнечные элементы на основе перовскита и кремния (TSCs). По своим характеристикам они способны превзойти классические кремниевые аналоги, однако их вывод на коммерческий рынок сопряжён с серьёзными технологическими вызовами.
Значительный шаг в решении этих задач сделала команда исследователей из Гонконгского политехнического университета (PolyU). Под руководством профессоров Ли Гана и Ян Гуана специалисты работают над повышением коэффициента преобразования энергии в TSC — с нынешних 34 % до целевых 40 %. Их разработка может стать ключевым звеном в достижении Китаем целей по углеродной нейтральности.
В ходе исследований учёные детально проанализировали работоспособность тандемных элементов, стремясь не только подтвердить их эффективность в лабораторных условиях, но и гарантировать надёжность при реальном применении. Как отмечает профессор Ли Ган, несмотря на впечатляющие лабораторные показатели, предстоит проделать большую работу для повышения устойчивости устройств. Особенно это касается минимизации потерь эффективности при масштабировании — переходе от малых образцов к крупноформатным модулям.
Одна из главных проблем связана с чувствительностью перовскитных материалов. Они уязвимы к воздействию влаги, кислорода, ультрафиолета и температурных перепадов, что со временем снижает их производительность. Кроме того, при промышленном масштабировании возникают сложности с обеспечением однородности материала и контролем дефектов. Хотя полевые испытания уже стартовали, данных о долгосрочной надёжности пока недостаточно.
Для преодоления этих барьеров исследователи предлагают проводить ускоренные тесты на стабильность в соответствии с нормативами Международной электротехнической комиссии. Особое внимание, по словам профессора Ли, следует уделить соответствию технологических процессов промышленным стандартам.
Экологический аспект также требует пристального внимания. Несмотря на относительную доступность перовскитных материалов, использование в них редких элементов и свинца вызывает опасения. Команда PolyU настаивает на разработке экологичных альтернатив и систем переработки свинца, чтобы обеспечить устойчивое развитие технологии.
Ключевым условием успеха учёные называют тесное взаимодействие науки, промышленности и исследовательских центров. По мнению профессора Ян Гуана, для создания надёжных твердотельных накопителей на базе перовскита и кремния необходимо решить ряд научных задач, направленных на снижение себестоимости электроэнергии. Интеграция материаловедения, конструкторских разработок и экономического моделирования станет решающим фактором для вывода технологии на коммерческий уровень.
Успешная реализация этих планов способна ускорить переход от лабораторных прототипов к промышленному производству. Это не только приблизит Китай к целям по снижению углеродных выбросов, но и обеспечит стабильные поставки высокоэффективной возобновляемой энергии. В перспективе такие решения смогут поддержать энергоёмкие отрасли — например, сферу искусственного интеллекта — и внести весомый вклад в низкоуглеродную трансформацию глобальной энергетической системы.
Если команде PolyU удастся достичь целевого показателя в 40 % эффективности, тандемные элементы на основе перовскита и кремния могут выйти за пределы лабораторий. Их внедрение в жилые и промышленные энергосети станет важным шагом на пути к экологически чистой энергетике будущего.