Тонкоплёночные солнечные батареи на основе меди, цинка, олова и селена (CZTS), в отличие от кристаллического кремния, относительно недороги. Кроме того, они менее подверженных падению КПД при росте температуры, который для кремниевых фотоэлементов достигает полупроцента на каждый градус выше 25 ˚С.

Теперь группе разработчиков из IBM удалось добиться от них КПД в 11,1% против 10,1%, предыдущего рекорда, установленного теми же учёными и инженерами в 2011 году.

Рис. 1. Новый фотоэлемент пока испытывался только в лабораторных условиях. (Здесь и ниже фото IBM).

При создании своей тонкой плёнки компания IBM сотрудничала с японской фирмой Solar Frontier, известной активнейшим внедрением солнечных батарей на CIGS-базе.

Достаточно сказать, что лишь в прошлом году в Японии, активно движущейся к отказу от невозобновляемых источников энергии, она установила таких батарей на 557 МВт.

Сейчас целью разработчиков является достижение КПД, равного уже появившимся на рынке медно-индий-галлиево-селеновым фотоэлементам (так называемым CIGS), которые могут работать с КПД до 20% в лаборатории и в 12% в полевых условиях при неподвижных (лишённых самоориентирования) панелях солнечных батарей.

По оценкам исследователей, как только им удастся добраться до 15-процентной эффективности для тонкоплёночных фотоэлементов, можно будет приступать к их коммерциализации.

Дело в том, что хотя CIGS всё ещё будут лучше, отсутствие индия и галлия в их составе означает радикально более низкую цену. Звучит парадоксально, поскольку селен встречается в земной коре реже, чем индий или галлий. Однако на практике его цена примерно десятикратно ниже, чем у этих двух металлов.

Поэтому фотоэлементы на CZTS-основе много дешевле даже по материалам, а учитывая, что их сборка происходит путём набрызгивания чернил (как при распечатке на принтере), их производство также существенно дешевле, нежели по стандартному литографическому процессу.

Более того, разработчики, ведомые Дэвидом Мици (David Mitzi), полагают, что «нет никаких известных фундаментальных причин, по которым CZTS-плёнкам нельзя было бы достичь той же эффективности, что у CIGS». Срок «погони», который обозначили для себя учёные, равен всего году-двум.

Рис. 2. Несмотря на цену селена, простота технологии изготовления новых солнечных батарей уже сейчас позволяет им конкурировать с кремниевыми, но сперва разработчики хотят повысить КПД хотя бы до 15%.

Среди прочего, отмечает г-н Мици, разговор идёт не только в цене. Технически будет очень сложно обеспечить переход солнечной энергетики на батареи, использующие в основном индий и галлий. И дело не только в том, что большинство разрабатываемых месторождений этих материалов находится Китае, и без того испытывающем в них растущую нужду, но и в том, что их выход физически мал. А возможностей роста добычи попросту нет.

Да, с селеном, самым дорогим компонентом разрабатываемых CZTS, ценовая и ресурсная ситуация много лучше, но учёные всё равно в ближайшее время намереваются заменить его в составе фотоэлементов более дешёвой серой, близкой к селену по ионному радиусу.

Соответствующая работа опубликована в журнале Advanced Energy Materials.