День на плетень: уникальные солнечные панели обеспечат энергией даже в сумерки
Российские ученые в проекте «Большая аудитория» Политехнического музея рассказали о разработанной ими технологии изготовления ультратонких солнечных панелей из перовскитов. Такие устройства могут в виде стикеров наноситься на поверхность датчиков или приборов и обеспечивать их энергией, преобразуемой из солнечного или искусственного света в условиях низкой освещенности. Фотопреобразователи будут востребованы для устройств «интернета вещей» в системах, изолированных от централизованных источников электропитания. Например, на удаленных полярных территориях.
Сумеречные источники питания
Российские ученые разработали сверхтонкие солнечные панели, которые могут производить энергию в условиях низкой освещенности. Например, они способны генерировать электричество в тени, в сумерках или при неярком искусственном освещении. Об этом «Известиям» рассказал заведующий лаборатории перспективной солнечной энергетики Университета МИСИС Данила Саранин. Встреча с ученым состоялась перед лекцией, которую он прочитал для любителей науки в рамках мероприятий «Большой аудитории».
Это всероссийский просветительский проект, который реализует Политехнический музей с целью распространения знаний об открытиях и достижениях российских инженеров, конструкторов деятелей науки. Доклад Данилы Саранина стал первым в цикле таких встреч. Лекция также транслировалась в онлайн-формате.
Научно-просветительская инициатива «Большая аудитория» реализуется при поддержке гранта Минобрнауки в рамках федерального проекта «Популяризации науки и технологий». Она названа в честь главного исторического помещения Политехнического музея, которое было открыто в 1907 году. Особенность аудитории — в том, что ее спроектировали специально для публичных выступлений и научных диспутов. В этом зале ведущие деятели науки рассказывали о своих исследованиях. Нынешний проект — продолжение традиции на новом уровне. Он охватывает более 20 площадок в крупных городах страны. В рамках цикла пройдут 40 крупных мероприятий, на которых выступят современные ученые, инженеры и конструкторы и расскажут о новых достижениях российской науки и техники. Организаторы предполагают, что в проекте очно примут участие около 500 тыс. человек, а в онлайн-формате — свыше 20 млн.
— В нашей лаборатории разработали полный цикл печати печатных солнечных батарей, где основной материал — гибридный перовскит. Это металлоорганический материал, который эффективно поглощает фотоны (частицы света), превращая их в электрическую энергию. Он отличается простотой производства (по сравнению с кремниевыми батареями), что делает их перспективными для применения в солнечной энергетике, — объяснил ученый.
По его словам, ультрасильное поглощение позволяет применять перовскиты в условиях, где освещение составляет несколько сотен люкс. Для сравнения, прямой солнечный свет — это 150 тыс. люкс. При этом такие элементы могут быть созданы в виде пленок толщиной в один микрон, что значительно тоньше кремниевых пластин (около 180 микрон). Это делает процесс их изготовления более экономичным. Также проще становится монтаж таких солнечных батарей, поскольку они не утяжеляют конструкции, могут быть размещены на поверхностях с различным изгибом и не требуют прямого солнечного света.
— Перовскитные элементы можно изготавливать из «грязных» материалов, отходов металлургического производства. Однако сложность создания технологии состоит в том, что любой маломальский дефект снижает качество панелей и уменьшает срок их эксплуатации. Поэтому важно, чтобы при серийном изготовлении на ультратонкой пленке не было ни одного изъяна. Причем это должно быть реализовано на производстве с высокой пропускной способностью, — объяснил Данил Саранин.
Он подчеркнул, что в лабораторных условиях специалисты успешно адаптировали промышленную технологию печати перовскитами и продемонстрировали возможность получения пленок размерами 100х100 мм. При этом были подтверждены как эффективность предложенной методики, так и высокая стабильность полученных фотопреобразователей.
Технология серийного производства
В настоящее время ученые на основе разработанной технологии проектируют линию для серийного изготовления солнечных панелей для «интернета вещей», отметил Данила Саранин. По его словам, полученные в ходе такого производства компактные перовскитные источники питания можно будет в виде стикера приклеивать на датчики, приборы и любую другую технику, встроенную в локальную сеть.
Батареи смогут в бесперебойном режиме в течение долгого времени обеспечивать устройства энергией, необходимой для обмена данными друг с другом и передачей сигналов для управления и контроля. В частности, разработка будет востребована при освоении территорий, изолированных от централизованной энергетической инфраструктуры. Например, в полярных районах Сибири и на Дальнем Востоке.
— Одни из главных преимуществ — эффективная работа перовскитных энергетических модулей в условиях низкой освещенности и доступность масштабирования изделий для создания серийного промышленного производства, — отметила ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
Она добавила, что проекты лаборатории, связанные с перовскитной оптоэлектроникой, получили признание и высокую оценку экспертного сообщества. В настоящее время специалисты ведут исследования в области увеличения срока эксплуатации и коэффициента полезного действия солнечных элементов нового поколения.
— Медиаформаты удобны для ученых, которые желают информировать людей о своей деятельности. Одно из главных достоинств таких мероприятий — их доступность и открытость. Заинтересованный человек может легко получить актуальную экспертную информацию и принять участие в научной дискуссии. Причем общение со специалистами может идти не только в реальном времени, но и в режиме комментариев. Также любой пользователь может поделиться ссылкой, что расширяет аудиторию, — пояснил задачи мероприятия генеральный директор Политехнического музея Дмитрий Кожанов.
Он подчеркнул, что одна из главных задач «Большой аудитории» — это привлечение внимания к новым направлениям научно-технологического развития России и вовлечение в них молодежи. Доклад Данилы Саранина, который возглавляет группы молодых ученых, добившихся значительных успехов в своих исследованиях, — один из хороших примеров в этом направлении.
По словам Дмитрия Кожанова, следующие мероприятия в рамках проекта продут на фестивале воздухоплавания в Рязани «Небо России» с 9 по 11 августа. Здесь сотрудники Политехнического музея организуют лекции, встречи с учеными и мастер-классы с авиакосмической отрасли.