Официальный сайт журнала "Экология и Жизнь"
You need to upgrade your Flash Player or to allow javascript to enable Website menu.
Get Flash Player  
Всё об экологии ищите здесь:
  Сайт функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям  
Сервисы:
Каналы:
Каналы:
Блоги:
Дайджесты,
Доклады:

ЭКО-ВИДЕО



Реклама


Translate this page
into English

Translate.Ru PROMT©


Система Orphus


Главная Информация / Info Инновации / New! Глобальная энергия присудила приз Михаэлю Грецелю/ Солнечные элементы на основе перовскита

Глобальная энергия присудила приз Михаэлю Грецелю/ Солнечные элементы на основе перовскита

Глобальная энергия присудила приз Михаэлю Грецелю/ Солнечные элементы на основе перовскита

Стал известен выбор жюри премии Глобальная энергия — в результате отбора из 10 кандидатов, среди которых был и Илон Маск, победил Михаэль Грецель (Michael Grätzel) — имя которого носит «ячейка Грецеля» — солнечный элемент на красителях, который хорошо известен во всем мире под аббревиатурой DSSС.  Звонок с церемонии оглашения победителя «Глобальной энергии», происходившей в ТАСС, позволил журналистам задавать вопросы лауреату. На вопрос о том, как далеко еще нам до эры солнечных элементов, лауреат ответил, что паритет традиционной и возобновляемой энергетики стал предметом многократных обсуждений и консенсус состоит в том, что паритет начинается при стоимости киловатта 40 центов за киловатт, тогда как победой солнечных элементов будет стоиомтсь в 4 цента. Для кремния стоимость сегодня находится на уровне 75 центов за 1 кВт, а солнечные батареи на основе перовскита снизят их стоимость до 10-15 центов за 1 кВт. Это еще не победа, но мы сильно приближаемся к цели замены традиционной энергетики возобновляемой, сказал лауреат.

Чем ячейка Гретцеля принципиально отличается от классических фотобатарей на основе кремния?

В традиционных кремниевых фотоэлементах p- и n– слои полупроводникового кремния выполняют двойную функцию – они и генерирует фотоэлектроны и являются средой для транспорта электронов. При этом ток нагревает полупроводник и снижает его фоточуствительность. При этом полупроводник может поглощать только часть солнечного спектра, а именно ту, в которой энергия фотонов сравнима с энергией запрещенной зоны. К сожалению, многие материалы с адекватными запрещенными зонами разрушаются фотокоррозией, а те, кторые к ней не чуствительны, такие как оксиды металлов, таких как TiO 2 и SnO 2, обладают слишком большой шириной запрещенной зоны, чтобы обеспечить значительный «урожай» света — этому мешает ограниченная спектральная чувствительность широкозонных полупроводников, применение которых позволяет собирать только кванты ультрафиолета.

Красители позволяют модификацировать восприимчивость элемента к видимой части спектра, за счет поглощающих свет молекул красителя.   В ячейке Гретцеля краситель, играет главенствующую, доминирующую роль. Молекулы красителя имеют много степеней свободы, что позволяет им быть восприимчивы к широкому диапазону энергий квантов света. Молекула получает квант света и преобразует его, путем выделения электрона, а полупроводник диоксида титана выполняет исключительно роль среды, проводящей в одном направлении, которая обеспечивает транспортную диффузию фотоэлектронов, генерируемых фотовозбуждённым красителем.

Солнечные элементы на оксиде титана имеют, в сравнении с другими типами солнечных элементов, следующие преимущества: •  Существенно снижена зависимость работы элемента от угла падения света — возможна работа в преломленном или отраженном свете. •  Элементы работают в значительно более широком интервале освещенности благодаря высокой внутренней поверхности оксида титана ( «световая губка») — возможна реализация элементов для очень слабой освещенности. Элементы менее чувствительны к частичному затенению •  Возможна реализация элемента, работающего эффективно в широком интервале температур (не критичны к перегреву, тогда как холод – критичен, вызывая замерзание электролита)•  Возможно создание прозрачных модулей — для дневного освещения, потолочного освещения, дисплеев. •  Производство не требует дорогого вакуумного оборудования, что значительно сокращает капитальные расходы производства. •  Для производства требуется существенно меньше энергии, чем при изготовлении любых других типов солнечных элементов.•  Подходит для солнечного света высокой интенсивности. •  По желанию прозрачный или полупрозрачный элемент. •  Годится для встраивания в здания. •  Элемент можно герметично запечатать для обеспечения очень длительного срока службы.

Почему говорят именно о перовскитных солнечных элементах?

Перовскит — обозначает как вещество так и характерную структуру кристаллической решетки, в которой кристаллизуются и другие вещества, в частности — другие соли титатновой кислоты, помимо кальциевой соли к которой и относится название вещества —  CaTiO3

Впервые, в 2009 году, когда только заговорили о возможностях использования перовскита для солнечной энергетики, был получен КПД в 3,5%, и элементы были недолговечными, поскольку жидкий электролит растворял перовскит, и едва ученые успевали провести замеры, батарея прекращала работать.
Однако, спустя три года, жидкий электролит был заменен на твердый, и элементы стали более стойкими, а КПД сначала удвоился, а затем удвоился еще раз. Несколько электропроводящих слоев-подложек, на один из которых нанесли пигмент, решили проблему и открыли перспективу. Шаги по повышению эффективности не прекращаются и по сей день, ученые применяют в числе прочего и стандартные методы оптимизации, которые служили для улучшения кремниевых предшественников.

Специалисты из Швейцарской федеральной лаборатории материаловедения и технологии (EMPA) в тесном стридничесвте с которыми работате Грецель, разрабатывают и комбинированные элементы в качестве следующего шага — это двуслойные фотоэлементы: верхний полупрозрачный слой из перовскита, а второй — на основе кремния. Поскольку каждый материал поглощает свет разного спектра, то общая эффективность существенно повышается. Уже первые образцы показывают кпд 20,5%. Исследователи уверены, что максимальный кпд может превысить 30%, в то время как самая лучший однослойный фотоэлемент из поликристаллического кремния не выдаст больше 25%.Полупрозрачный слой из перовскита поглощает ультрафиолет, синий и жёлтый спектр. Сквозь него проходит инфракрасный и красный свет. Коэффициент полезного действия этого слоя — 14,2%, прозрачность — 72%.

Несмотря на открывающиеся перспективы, ученые разделились на два лагеря. Первые ратуют за совершенствование уже ставших традиционными, кремниевых батарей, другие — за создание совершенно новых, более эффективных. Так, Мартин Грин считает, что перовскит можно применить как дополнение к кремниевым батареям, совместив кремний с перовскитом, и таким образом снизить стоимость ватта получаемой электроэнергии без значительных убытков для кремниевой отрасли, тогда как Гретцель — напротив убежден, что важны новые разработки, и издержки на повышение эффективности новых фотоэлементов окупятся многократно.

Когда объединятся солнечные элементы на основе керамики перовскита и накопители на той же основе?

В реальной жизни стоимость солнечной батареи только наполовину зависит от стоимости самого модуля с фотоэлементами. Вторая половина приходится на инфраструктуру — инверторы, кабели, контейнеры для фотоэлементов, проектирование и установку. Важной деталью для выравнивания неравномерности производства солненчно энергии, обусловленной сменой дня и ночи, являются накопители. Интеграция солнечных элементов и накопителей уже предолагается в ряде проектов — примером служит проект Tesla Powerwall Илона Маска. В идеале солнечные элементы и накопители могут составить в будущем единый элемент, тогда как в проекте Маска это уже — единый установочный пакет, создаваемой в объединенной технологической цепочке. Важно, что позволяя накапливать энергию, установки Маска по сути изменяют ценовой паритет — энергия солнечного света может быть смешана в накопителе с традиционной, для которой существует минимальный тариф — это изменяет паритет с такого «микса» с традиционой энергией, отпускаемой по дорогому тарифу.

Однако вокруг того, какими будут накопители для альтетрнативной энергетики, уже сейчас разворачивается настоящее соревнование. Вот например как описывает эту ситуацию сайт Форнит в статье «графеновый конденсатор — 10 тысяч фарад!»:

«Шумуха вокруг строительства Элоном Маском „Гигафабрики аккумуляторов“ по производству литий-ионных батарей еще не стихла, как появилось сообщение о событии, которое может существенно скорректировать планы «миллиардера-революционера».Речь идет о недавнем пресс-релизе компании Sunvault Energy Inc., которой совместно с Edison Power Company удалось создать крупнейший в мире графеновый суперконденсатор емкостью 10 тысяч (!) Фарад.Цифра эта столь феноменальна, что у отечественных специалистов вызывает сомнение – в электротехнике даже 20 Микрофарад (то есть 0,02 Миллифарад), это немало. Сомневаться, однако, не приходится — директором Sunvault Energy является Билл Ричардсон, экс-губернатор штата Нью-Мексик и бывший министр энергетики США. Билл Ричардсон – человек известный и уважаемый: он служил послом США в ООН, проработал несколько лет в аналитическом центре Киссинджера и МакЛарти, а за свои успехи в освобождении американцев, оказавшихся в плену у боевиков в разных «горячих точках», даже выдвигался на Нобелевскую премию мира. В 2008 году он был одним из кандидатов от Демократической партии на пост президента США, но уступил Б.Обаме.
Сегодня Sunvault бурно развивается, создав совместное предприятие c Edison Power Company под названием Supersunvault, а в совет директоров новой фирмы вошли не только ученые (один из директоров – биохимик, еще один – предприимчивый онколог), но и известные люди с хорошей деловой хваткой. Отмечу, что только за последние два месяца фирма повысила емкость своих суперконденсаторов в десять раз – с тысячи до 10 000 Фарад, и обещает повысить ее еще больше, чтобы накопленной в конденсаторе энергии хватало для электроснабжения целого дома, то есть – Sunvault готова выступить прямым конкурентом Элона Маска, планирующего выпуск супербатарей типа Powerwall с емкостью порядка 10 КВт-ч.»

Однако и у графеновой технологии есть свои конкуренты, которые готовы «обставить» всех по цене за единицу накопленной энергии. Это керамические накопители на базе перовскитной окисной структуры — тоже соли титановой кислоты, только не кальциевой как для солнечных элементов, а бариевой — BaTiO3. Эта структруа, подвергнутая специальной вакуумной обработке, дает рекордные на сегодня показатели отношения емкости к цене, весу и долговечности, что делает исход соревнования в области накопителей еще более напряженными и неожиданным. На сегодня в США ведется активная разработка этой тематики, на которую уже затрачены большие средства, тогда как в России, керамобатареи «занесло» в Сколково, которое сегодня, в очередной раз готово сыграть на руку американцам и оставить это конкурентное поле без той поддержки, которую оно ранее предоставило проекту конденсатора на основе модифицированной керамики BaTiO3 под руководством Игоря Щербакова. Интересно, что фундаментальные основы керамонакопителей были разработаны еще 1991 годы, практически одновременно с ячейкой Грецеля. Однако солнечные элементы развивались опережающими темпами — до тех пор пока не началось и соревнование накопителй, в которое включается сегодня все больше игроков.  Исключение отечественных стартапов из этой гонки абсолютно нелогично и не отвечает интерсам России. В этой ситуации премия «Глобальная энергия» наоборот должна в следующий раз выбрать именно область накопителей предметом самого пристального внимания своего жюри, тогда как могучие энергетические организации спонсирующие премию — например ПАО «ФСК ЕЭС», член Ассоциации «Глобальная энергия», должны были бы обратить пристальное внимание на этот вопрос.  В выступлении представителя этой организаци было отмечено большое прикладное значение взаимодействия компании с российскими и международными научно-исследовательскими организациями и экспертным сообществом. Возможно компании стоит поддержать отечественных разработчиков, имеющих хорошие шансы в новом витке гонки, разворачивающейся в области альтернантивной энергетики — ведь и для сетей накопители имеют большую ценнность, которую подчеркнул в своем резуюмирующем выступлении генеральный директор Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA) Аднан Амин, который принял активное участие в церемонии объявления лауреата.

Популярная лекция лауреата

Лекция Михаэля Грецеля — Michael Grätzel, Professor, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Director, Laboratory of Photonics and Interfaces

 

Предыдущие награды лауреата

 

  • Медаль Фарадея по электрохимии от Королевского химического общества (2001)
  • Премия Харви (2007)
  • Премия Бальцана (2009)
  • Технология тысячелетия (2010)
  • Золотая медаль Пауля Каррера[en] (2011)
  • Медаль Вильгельма Экснера
  • Эрстедовская лекция (2012)
  • Премия Альберта Эйнштейна (2012) [4]
  • Премия за инновации в области альтернативных видов топлива для транспорта (2014)
  • Международная премия короля Фейсала (2015)
  • Премия столетия (2016)
  •  

     

     

    Грецель 

    06.04.2017, 1459 просмотров.


    Нравится

    ИННОВАЦИОННЫЙ КАНАЛ
    12.11.2018 20:34:42

    Жить на воде. Плавучие города-государства спасут человечество?

    Идеологи систейдинга предлагают альтернативу жизни на суше – свободные сообщества, плавающие в открытом море вне юрисдикции конкретной страны

    потенциал, города, вода

    30.10.2018 10:57:31

    Как растения сделали планету пригодной для жизни

    Растения превратили безжизненную пустыню в цветущую планету. Как им это удалось?

    жизни, планету, растения

    20.10.2018 11:17:00

    Как не превратить 4 триллиона рублей в мусор? Особенности нацпроекта "Экология"

    Минприроды разработало план создания единой управляющей компании в сфере обращения с отходами. Госкомпания будет распределять средства от экологического сбора, финансировать инвестпроекты и покупать активы в мусоропереработке

    мусор, экология, нацпроект

    22.09.2018 12:44:00

    Что такое нацпроект «Наука» и как его создавали

    Как устроена работа над национальным проектом «Наука», откуда он будет финансироваться и как планируют создать в России научные центры мирового уровня

    наука, проект, Россия

    17.08.2018 19:39:00

    Уроки для 21-го века (Vintage Digital) / О том, что 2050 год имеет в виду для человечества.

    Забудьте о программировании — лучший навык для обучения детей — это переосмысление. В этом эксклюзивном извлечении из своей новой книги, автор Sapiens показывает, что отличает 2050 год от всей остальной истории человечества.

    Юаваль Харари, человечества, уроки

    17.07.2018 11:55:00

    Последние расчеты расширения Вселенной требуют новых физических теорий

    Астрономы представили максимально точные подсчеты скорости расширения Вселенной на сегодня. Оно все еще ускоряется, а современные теории и модели пока не дают ответа на вопрос: «Почему?»

    Вселенная, теория, физика

    08.07.2018 16:42:13

    Могут ли потери на излучение звёзд объяснить тёмную энергию?/ Спросите Итана

    Представление художника о тех временах Вселенной, в которые формировались первые звёзды. Из-за их света и слияний они будут испускать излучение, как электромагнитное, так и гравитационное. Но способно ли преобразование материи в энергию создавать антигравитацию?

    Звезды, излучение, энергия

    RSS
    Архив "Лекции/Семинары"
    Подписка на RSS
    Реклама: