Солнечные батареи перестают стареть: новая технология удваивает их срок службы

В России представили технологию, которая способна существенно продлить срок службы перовскитных солнечных батарей — одного из самых перспективных направлений современной фотовольтаики. Разработчики из НИТУ "МИСИС", Университета ИТМО и ИОНХ РАН создали метод, позволяющий удвоить стабильность перовскитных элементов благодаря тончайшему слою на основе валериановой кислоты. Это решение защищает структуру батареи, уменьшает утечки тока и замедляет деградацию материала, что в долгосрочной перспективе делает такие панели конкурентными с традиционными кремниевыми аналогами.

Тесты показали впечатляющие результаты: новые элементы сохраняют более 90% исходной эффективности после 1000 часов работы, тогда как обычные деградируют до 70%. Учёные отмечают, что метод легко интегрируется в производственный цикл печатных солнечных батарей, а значит, может быть масштабирован до панелей и полноразмерных модулей.

"Новый метод повышения стабильности перовскитных солнечных элементов достаточно просто внедряется в цикл печати перовскитных солнечных батарей, что делает его перспективным для масштабирования в панелях и модулях", — отметил исследователь Данила Саранин.

Почему перовскиты — это будущее солнечной энергетики

Перовскитные солнечные элементы относятся к третьему поколению фотовольтаики. Они привлекают внимание учёных и производителей благодаря нескольким преимуществам:

• высокая эффективность преобразования света;
• гибкость и лёгкость конструкции;
• низкая стоимость материалов;
• возможность печатного производства;
• работа в слабой освещённости;
• потенциал интеграции в окна, фасады, козырьки и изогнутые поверхности.

Главная проблема всегда заключалась в их нестабильности. Материал чувствителен к влаге, кислороду и резким перепадам температуры. Новая российская разработка направлена именно на устранение этих слабых мест.

Как работает защитный слой

Учёные добавили в структуру солнечного элемента ультратонкую прослойку на основе валериановой кислоты. Она выполняет несколько критически важных функций:

1. Стабилизирует границы слоёв — предотвращает образование дефектов.

2. Подавляет миграцию ионов, которые со временем нарушают кристаллическую структуру перовскита.

3. Улучшает межслойный контакт, создавая более ровный перенос заряда.

4. Снижает утечки тока, что повышает энергоэффективность.

5. Защищает элемент от внешней среды, увеличивая срок службы.

В результате новый элемент работает стабильнее и дольше, что важно как для бытовых панелей, так и для промышленного масштабирования.

Где могут применять такие батареи

Гибкость и лёгкость перовскитных модулей позволяют устанавливать их там, где тяжёлые кремниевые панели неприменимы:

• фасады бизнес-центров и жилых зданий;
• остекление балконов и лоджий;
• прозрачные или полупрозрачные окна;
• крыши с низкой несущей способностью;
• мобильная энергетика — палатки, навесы, дроны;
• переносные зарядные устройства;
• датчики и IoT-устройства.

По мере повышения стабильности такие панели смогут занять важную роль в городской архитектуре.

Сравнение: перовскитные vs кремниевые панели

Советы шаг за шагом: как создают устойчивые перовскитные элементы

(блок описывает научно-технологический процесс, а не инструкции для бытового применения)

1. Подготовка подложки

Выбирают материал, совместимый с тонкоплёночными структурами: стекло, пластик, прозрачные проводники.

2. Нанесение перовскитного слоя

Используют методы печати, напыления или нанесения раствора.

3. Введение защитной прослойки

Добавление ультратонкого слоя из валериановой кислоты стабилизирует границы.

4. Формирование интерфейсов

Оптимизируют контактные слои, чтобы уменьшить сопротивление и утечки.

5. Инкапсуляция

Герметизируют элемент для защиты от влаги и кислорода.

6. Тестирование стабильности

Проверка при температурных циклах, влажности, непрерывном освещении.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Использование нестабильных интерфейсов
→ быстрое разложение перовскита
→ введение защитных молекулярных слоёв.

• Недостаточная инкапсуляция
→ потеря эффективности из-за влаги
→ многоуровневая герметизация.

• Жёсткая подложка
→ ограничение областей применения
→ переход на гибкие материалы (ПЭТ, полиимиды).

• Увеличение толщины слоёв
→ снижение КПД
→ ультратонкие слои, напечатанные по технологии roll-to-roll.

А что если перовскиты станут основой городской энергетики?

Перовскитные элементы способны встроиться в повседневную архитектуру так же естественно, как стекло и утеплитель. Через 10-15 лет здания могут генерировать значительную часть своей энергии самостоятельно — не за счёт массивных панелей, а благодаря тонким покрытиям, подстраивающимся под дизайн фасада.

Таблица "Плюсы и минусы" улучшенной технологии

FAQ

Что такое перовскитные солнечные элементы?
Это тонкоплёночные солнечные батареи нового поколения, использующие особый кристаллический материал — перовскит.

Почему они нестабильны?
Перовскиты разрушаются под действием влаги, кислорода и температуры.

За счёт чего достигается удвоение стабильности?
За счёт тонкой прослойки на основе валериановой кислоты, которая стабилизирует межслойные границы.

Можно ли использовать такие панели на окнах?
Да, технология предполагает создание полупрозрачных и гибких модулей.

Когда перовскитные панели станут массовыми?
Промышленное внедрение ожидается в течение ближайших 5-10 лет.

Мифы и правда

Миф: перовскитные батареи обязательно токсичны.
Правда: большинство решений безопасны, а токсичные компоненты герметизированы.

Миф: перовскиты не выдерживают жары.
Правда: современные технологии повышают устойчивость, а защитные слои уменьшают деградацию.

Миф: такие панели ненадёжны.
Правда: новые методы позволяют сохранять эффективность более 1000 часов, и это только начало.

Сон и психология: почему солнечные батареи влияют на восприятие будущего

Наблюдения показывают: использование возобновляемой энергии формирует у людей чувство контроля над будущим и снижает тревожность, связанную с экологической нестабильностью. Видимые солнечные панели на зданиях символизируют заботу о среде и технологический прогресс, что особенно важно в городской среде.

Интересные факты

1. Перовскиты открыты в 1839 году, но их фотовольтаический потенциал раскрыли лишь в XXI веке.

2. Эффективность перовскитных элементов выросла с 3% до 26% менее чем за 15 лет — рекорд в истории солнечной энергетики.

3. Перовскитные батареи можно печатать на рулонных линиях, как газету.

4. Они способны работать даже при рассеянном и слабом освещении.

Исторический контекст

• 2009 год — первые эксперименты с перовскитами показали низкую стабильность.
• 2014-2020 годы — рост КПД до уровня кремния.
• 2020-е — развитие технологий защиты и инкапсуляции.
• 2025 год — российские учёные добиваются удвоения стабильности за счёт новой прослойки.

Небольшой дополнительный блок

Что это открытие означает для отрасли

Новая технология делает перовскитные панели гораздо ближе к массовому производству. Повышенная стабильность — ключ к тому, чтобы такие модули вышли на рынок и начали конкурировать с кремниевыми системами. Это важный шаг к созданию энергетически автономных зданий и доступных солнечных решений.