Батарея без токсинов: открытие, которое может изменить индустрию солнечной энергии

Мир солнечной энергетики давно ищет способ уйти от свинца, который делает панели эффективными, но токсичными. Теперь инженеры из Фуданьского университета (КНР) заявили о создании фотоэлемента нового поколения — на основе олова, с рекордной для этого типа эффективностью 17,7%. Это почти на уровне лучших свинцовых перовскитных ячеек, но без их главного недостатка — угрозы для экологии и здоровья человека.

Новая альтернатива свинцу

Перовскитные солнечные элементы считаются одним из самых перспективных направлений в энергетике: они лёгкие, гибкие и дешевле традиционного кремния. Но их ахиллесовой пятой всегда был свинец — токсичный металл, который при разрушении панели загрязняет почву и воду.

Исследователь Лян Цзя из Фуданьского университета объяснил, что задача команды заключалась в создании "по-настоящему экологичного фотоэлемента на протяжении всего его жизненного цикла".

"Наша цель состояла в том, чтобы создать солнечный фотоэлемент, который был бы по-настоящему экологичным на протяжении всего своего жизненного цикла", — сказал исследователь Лян Цзя.

По его словам, олово оказалось идеальной заменой: этот металл безопасен, широко распространён и обладает подходящей электронной структурой для эффективного преобразования света в энергию. Кроме того, он хорошо сочетается с уже существующими производственными технологиями.

Почему именно олово

Ранее многие попытки заменить свинец другими материалами терпели неудачу — эффективность падала почти вдвое. Но команда Фуданьского университета добилась стабильности соединений олова, которое раньше быстро окислялось на воздухе. Учёные улучшили состав перовскита, добавив стабилизирующие компоненты, благодаря чему удалось сохранить эффективность и долговечность.

Почему это важно для рынка солнечной энергетики? Потому что теперь можно производить безопасные панели без ущерба для производительности. До сих пор все рекорды в области перовскитов принадлежали свинцовым структурам — до 25-26%. Новая разработка сокращает этот разрыв, при этом исключая токсичные отходы.

Исследование также показывает, что по стоимости материалы с оловом значительно дешевле кремниевых аналогов. Это даёт шанс на массовое производство экологичных панелей без существенного роста цены.

Преимущества и ограничения

Основное преимущество новой технологии — экологическая безопасность. В отличие от свинца, олово не накапливается в живых организмах и не вызывает хронических отравлений. Это особенно важно при утилизации панелей: их можно перерабатывать без риска загрязнения.

Среди дополнительных плюсов — совместимость с существующими технологиями нанесения плёнок и лёгкость масштабирования.

А есть ли недостатки? Пока — стабильность. Даже улучшенные оловянные перовскиты чувствительны к влаге и кислороду. Учёные решают эту проблему герметизацией и защитными покрытиями, но для промышленных масштабов пока требуется дополнительная оптимизация.

Сравнение с традиционными солнечными элементами

Классические кремниевые панели обладают эффективностью около 20-22%, но требуют сложного и энергоёмкого производства. Перовскитные, включая новые оловянные, производятся при низких температурах и могут наноситься на гибкие подложки — от пластика до ткани. Это открывает путь к созданию лёгких портативных источников энергии и интеграции солнечных ячеек прямо в архитектуру зданий.

А что если объединить кремний и олово? Такая гибридная конструкция уже рассматривается в научных центрах Китая и Европы. Она может превысить эффективность 30%, используя разные диапазоны солнечного спектра. Технология олова при этом снизит токсичность и себестоимость таких устройств.

По сравнению со свинцовыми аналогами, оловянные фотоэлементы выигрывают в устойчивости к нормативным ограничениям: многие страны планируют ограничить использование свинца в электронике и строительстве. Таким образом, новое решение становится не просто экспериментом, а потенциальным стандартом следующего десятилетия.

Экологическая и экономическая перспектива

В заявлении Фуданьского университета подчёркивается, что создание полностью безопасных солнечных панелей — не только научная, но и социальная задача. Массовое внедрение таких технологий может снизить экологическую нагрузку от возобновляемой энергетики, сделав её действительно "чистой".

По оценке китайских специалистов, переход на оловянные фотоэлементы позволит уменьшить выбросы тяжёлых металлов на десятки тонн ежегодно. Кроме того, упрощённый процесс производства и дешёвое сырьё делают технологию конкурентоспособной для развивающихся стран.

Можно ли ожидать коммерческого запуска? Учёные осторожны в прогнозах, но заявляют, что технология уже готова для пилотных линий. Следующий этап — проверка долговечности в реальных условиях эксплуатации. Если результаты подтвердятся, олово может стать ключевым элементом новой эпохи солнечной энергетики.