Мінус 40% площі, плюс 10% потужності: як учені досягли рекордного ККД сонячних батарей
Від лабораторних зразків до масового виробництва у 2026 році: чому майбутні електростанції будуть схожі на прозорі паркани
Ви помічали, що на пляжі можна засмагнути швидше завдяки відблискам від піску та води? Саме цей принцип допоміг вченим здійснити справжній прорив у енергетиці і збільшити ефективність сонячних панелей до понад 30 відсотків. Наразі коефіцієнт перетворення в панелях не перевищує 22-24% максимум, тож стрибок на майже 10% — майже сонячна революція.
Протягом останніх кількох років інженери досліджували альтернативні конструкції, які могли б підвищити ефективність збирання енергії цими пристроями та забезпечити їхню надійну роботу за різних умов. І ось, дослідники з Сучжоуського університету, компанії Zhejiang Jinko Solar Co. Ltd. представили нову конструкцію двосторонніх сонячних елементів.
Що таке двосторонні панелі і чому це важливо? Звичайні сонячні панелі, які ми бачимо на дахах, працюють як одностороннє дзеркало: вони ловлять промені сонця, що падають зверху. Проте величезна кількість світла просто відбивається від землі, трави чи даху і втрачається.
Двосторонні панелі мають прозору задню стінку, що дозволяє їм вловлювати це відбите світло (альбедо). Це схоже на те, як людина отримує засмагу на пляжі не лише від прямого сонця, а й від променів, що відбиваються від піску.
Нова технологія долає обмеження батарей старіших версій, які використовують компоненти, відомі як тунельні оксидні пасивуючі контакти (так звані TOPCon, для зручності так їх і називатимемо). Їхня конструкція поєднує структури TOPCon з перовскітами — класом матеріалів з унікальною кристалічною структурою, яка ефективно поглинає інші, ніж кремній, спектри світла. До речі, на каналі «Мейканемо» пару тижнів тому виходив великий подкаст про перовскіт.
Науковці Кун Гао та Сіньбо Ян, автори статті, пояснюють: «Досі основною проблемою було те, що задня сторона панелі працювала набагато гірше за передню. Ми змогли змінити структуру матеріалів (використовуючи вдосконалені шари перовскіту та кремнію), що дозволило досягти рекордної ефективності понад 30%. Тобто нові елементи перетворюють на електрику майже третину всього світла, що на них падає, в той час як більшість сучасних домашніх панелей мають ефективність близько 18-22%».
Оскільки панель поглинає світло з обох боків, вона могла б швидше перегріватися, що знижує термін її служби. Але вчені розробили нову систему охолодження на основі нанотекстурованих поверхонь, які краще відводять зайве тепло.
Також завдяки здатності ловити розсіяне світло, ці панелі працюють набагато стабільніше в похмурі дні або взимку, коли світло відбивається від снігу.
Важливо також, що панелі можна встановлювати вертикально, як паркан. Це дозволяє фермерам вирощувати врожай між ними, а панелі при цьому будуть ловити сонце вранці та ввечері з обох сторін. Крім того, для отримання тієї ж кількості енергії тепер потрібно майже на 40% менше панелей, ніж раніше.
Головною метою нещодавнього дослідження Гао та його колег було подолання компромісу, що спостерігався в раніше представлених сонячних елементах TOPCon. «Ми не просто додали ще один шар. Ми повністю переосмислили архітектуру контактів. Нашою метою було мінімізувати втрати на межі поділу шарів, де електрони зазвичай «губляться». Використання двосторонньої конструкції дозволило нам задіяти енергію, яку раніше просто ігнорували», — кажуть учені. Одним із головних викликів була стабільність перовскіту. Науковці використали нову молекулярну «прокладку», яка захищає чутливий матеріал від вологи та перегріву.
«Ця робота доводить, що ми наблизилися до ери, коли сонячна енергія стане не просто дешевою, а найдешевшим джерелом енергії в історії людства, враховуючи простоту її масштабування», — підсумували вчені.
Наступний крок — масштабування виробництва. Зараз ці рекорди встановлені на лабораторних зразках розміром у кілька сантиметрів. Завдання інженерів на 2026-2027 роки — перенести цю технологію на повнорозмірні метричні панелі без втрати ефективності. Очікується, що масове впровадження таких панелей почнеться вже протягом наступних двох років, коли виробники зможуть адаптувати свої лінії під нові матеріали.