Перовскитные солнечные элементы называют технологией следующего поколения — и не без оснований. Они относительно недороги в производстве, легки, гибки и способны преобразовывать в электричество до 25% падающего солнечного излучения, что сопоставимо с лучшими кремниевыми панелями. Однако до недавнего времени у этой технологии была серьёзная слепая зона: никто не знал, как перерабатывать вышедшие из строя элементы без токсичных растворителей. В феврале 2025 года исследователи Линчёпингского университета (Швеция) опубликовали в журнале Nature метод, меняющий этот расчёт.
Что такое перовскитные солнечные элементы
Перовскит в контексте солнечной энергетики — не конкретный минерал, а класс материалов с определённой кристаллической структурой, описываемой формулой ABX₃. Природный минерал перовскит CaTiO₃ дал имя этому семейству, но фотоактивные слои в солнечных элементах состоят из совершенно других соединений. Наиболее распространённые — галогенидные перовскиты на основе свинца, часто содержащие метиламмоний или формамидиний в сочетании с йодидом или бромидом свинца.
Структура типичного перовскитного солнечного элемента включает несколько слоёв, нанесённых на стеклянную подложку: прозрачный проводящий электрод, слой переноса электронов, собственно перовскитный фотоактивный слой, слой переноса дырок и металлический контактный электрод (обычно золото или серебро).
Проблема с существующими методами переработки
До работы шведских исследователей основным методом разборки перовскитных элементов было использование диметилформамида (ДМФА) — эффективного растворителя, растворяющего перовскитный слой. ДМФА токсичен, потенциально канцерогенен и экологически опасен. Кроме того, при таком подходе не все компоненты удавалось успешно разделить и повторно использовать.
Параллельно накапливались горы кремниевых солнечных панелей, выработавших ресурс: более 30 лет присутствия кремниевой фотовольтаики на рынке привели к появлению значительных объёмов электронных отходов, которые в большинстве случаев просто отправляются на полигоны. Команда из Линчёпинга изначально поставила задачу не повторить эту ошибку с перовскитными элементами.
Водный метод переработки
Ключевое решение, описанное в статье 2025 года, — использование воды как основного растворителя вместо токсичных органических соединений. Перовскитный слой растворяется в водном растворе с добавками, после чего из полученного раствора высококачественный перовскитный материал может быть переосаждён в виде кристаллов для повторного использования.
Важно, что метод позволяет возвращать в оборот не только перовскитный слой, но и все остальные компоненты: стеклянные покровные пластины, электроды, слои переноса заряда. По словам авторов, повторно синтезированный перовскит демонстрирует ту же фотовольтаическую эффективность, что и исходный материал. Это подтверждает принципиальную возможность многократного цикла переработки без деградации качества.
Исследователи — Сюнь Сяо, Нянше Сюй и Фэн Гао — подали патентные заявки на описанную технологию.
Проблема свинца
Большинство высокоэффективных перовскитных элементов содержат свинец. Его присутствие — не случайность: свинецсодержащие перовскиты обеспечивают наилучшие фотовольтаические характеристики. Именно свинец делает вопрос переработки особенно острым: при механическом разрушении элемента свинец может попасть в почву и воду.
Разработанный метод водной переработки критически важен именно здесь: он удерживает свинец в контролируемом растворе и возвращает его в производственный цикл, предотвращая попадание в окружающую среду. Авторы рассматривают это как одно из ключевых преимуществ подхода по сравнению с механическим дроблением.
Параллельно ряд научных групп работает над бессвинцовыми перовскитами на основе олова, висмута или других элементов, однако их эффективность пока отстаёт от свинецсодержащих аналогов.
Срок службы и стабильность
Одна из главных претензий к перовскитным солнечным элементам исторически связана с деградацией при воздействии влаги, кислорода и тепла. Для кремниевых панелей производители часто указывают гарантийные периоды порядка 25–30 лет, хотя фактический ресурс зависит от конструкции и условий эксплуатации; перовскитным элементам ещё предстоит подтвердить сопоставимую долговечность в массовом применении. Именно более короткий ожидаемый срок службы делает эффективную переработку особенно важной.
Международные регуляторные требования, в частности европейская директива об отходах электрического и электронного оборудования (WEEE), обязывают производителей организовывать сбор и переработку солнечных панелей. Наличие надёжного метода переработки становится не только экологическим, но и юридическим условием выхода на рынок.
От лабораторного процесса к промышленному масштабу
Сами авторы подчёркивают, что описанная работа — демонстрация принципа в лабораторных условиях, а не готовая промышленная технология. Следующий шаг — разработка метода для обработки панелей значительно большей площади, создание оборудования для непрерывного процесса и экономическая оценка в сравнении с другими способами утилизации.
Индустриализация потребует решения ряда инженерных задач: как обеспечить равномерное растворение перовскитного слоя на больших площадях, как контролировать качество переосаждённого материала при масштабировании, как встроить процесс в существующие цепочки переработки электроники.
Исследователи выразили уверенность, что перовскитные панели могут сыграть значительную роль в энергетическом переходе — при условии, что инфраструктура переработки будет создана параллельно с развёртыванием самой технологии, а не после.
Читайте также: Плавающие солнечные панели: возможности и ограничения технологии