Перовскит VS кремний: что происходит на поле «солнечной энергетики»?⁠⁠

Кремниевые солнечные панели прочно заняли своё место на рынке. Однако путь от кремниевой руды до готового продукта — сложный и трудозатратный. Материал добывают, очищают при температурах свыше 1000 °C, затем выращивают монокристаллы, пилят, шлифуют, осаждают полупроводниковые структуры — часто в вакууме. В итоге получается устройство, преобразующее 20–25% солнечного света в электричество. Эти панели довольно крупные и плохо работают в условиях слабого освещения — например, в пасмурную погоду или на северных широтах.

Несмотря на более чем полувековую историю, применение солнечных батарей в наземных условиях не всегда оправдано. Основная причина — высокая стоимость производства и необходимость постройки новых ЛЭП. Развивающимся странам выгоднее использовать топливные виды энергоресурсов, атомную или гидроэнергетику.

С конца 1980-х годов учёные начали искать более простую и доступную альтернативу — и обратили внимание на перовскиты. Это класс материалов с характерной кристаллической структурой ABX₃: где A — органическая молекула (например, метиламмоний), B — металл (чаще всего свинец), X — галоген (например, йод). Такие соединения обладают особыми фотоэлектрическими свойствами и позволяют создавать солнечные элементы при комнатной температуре с помощью простых растворов солей.

Перовскитные солнечные панели можно собрать всего за 8–10 часов. Технологический процесс включает обработку лазером, кристаллизацию тонких пленок в разреженной среде и нанесение фотоактивных слоёв жидкофазными методами. Причём такие батареи демонстрируют высокую эффективность даже в плохую погоду.

Перовскит в 1839 году на Урале впервые обнаружил немецкий геолог Густав Розе. Название же минерал получил в честь Льва Алексеевича Перовского — русского государственного деятеля, археолога, коллекционера и филантропа — за его вклад в развитие минералогии и геологии в России.

Изначально название «перовскит» применялось к минералам с химической формулой CaTiO₃, а затем распространилось на всю группу подобных соединений. Для создания солнечных элементов используются синтезированные в лабораториях аналоги.

Производство перовскитных солнечных панелей можно максимально автоматизировать с помощью методов напыления как на гибкие, так и на жёсткие поверхности, а также ротационного нанесения типографской печати  (струйная или слот матричная печать) — когда раствор материала равномерно распределяется по подложке и формирует однородный слой при вращении. Панель можно напечатать прямо на стекле или пластике, придавая ей любую форму. Это значит, что такие солнечные панели можно интегрировать на поверхность любой кривизны: полностью закрывать ими фасад здания или делать из них витражи. Однако у технологии есть и слабые стороны. Перовскиты чувствительны к воздействию влаги, кислорода, света и высокой температуры. Поэтому сегодня активно ведутся исследования по разработке гибких полимеров, защищающих активный слой от разрушения.

Сегодня этой технологией в пилотном режиме занимаются всего шесть стран в мире, и Россия — одна из них. КПД перовскитных батарей в наземных условиях уже достигает 20%, а их производство существенно менее энергозатратно, чем изготовление кремниевых аналогов. В ближайшие годы мы можем увидеть настоящий технологический прорыв в этой сфере. В Университете МИСИС в 2025 году была защищена первая в России докторская диссертация по технологии получения тонкопленочных перовскитов. Университет уже заключил соглашение с ООО «Графит» о тестировании крышных, оконных и фасадных полноформатных панелей на основе перовскитных фотопреобразователей для энергообеспечения систем умного дома в СберСити.