Производители солнечной энергии выжимают больше электроэнергии из одного и того же базового устройства: кремниевой пластины, которая находится под солнцем. Однако потенциал энергосбережения кремния достиг потолка. Чтобы сделать следующий большой шаг, производители начинают устанавливать сверху еще один солнечный элемент.
Полученные в результате устройства, известные как тандемные солнечные панели, могут производить примерно на 25 процентов больше электроэнергии, чем многие панели, продаваемые сегодня. Некоторые производители говорят, что они приближаются к крупномасштабной коммерциализации, которая сделает такие солнечные панели экономически жизнеспособными, открывая перспективы создания солнечных ферм, которые будут генерировать больше электроэнергии, не поглощая при этом больше земли, а также крыш, которые будут производить больше электроэнергии, не увеличиваясь при этом в размерах.
«Это следующий рубеж», — сказал Майк Карр, исполнительный директор Коалиции производителей солнечной энергии для Америки. Нью-Йорк Таймс.
Эта технология также может встряхнуть индустрию производства солнечной энергии, в которой доминирует Китай. Но любое предположение о том, что американские производители имеют право на собственное производство, несмотря на заявления о том, что у них есть преимущество, сопровождается большой оговоркой: китайские компании также стремятся к той же цели. А некоторые в настоящее время держат самые впечатляющие рекорды мастерства.
Привлекательность тандемов сводится к ограничению обычных солнечных батарей. Кремний не может эффективно улавливать всю часть спектра солнечного света. Второй материал — обычно класс соединений, называемых перовскитами, — может располагаться поверх кремния и поглощать длины волн, с которыми кремний справляется менее эффективно. Нижняя ячейка собирает большую часть прохода.
Как объясняет Министерство энергетики США в своем руководстве по солнечной технологии на основе перовскитов, сочетание материалов, поглощающих разные цвета света, позволяет тандемному устройству выжимать больше электроэнергии из одного и того же участка солнечного света. Что до сих пор удерживало эти устройства от захвата доли рынка, так это стоимость, но вскоре ситуация может измениться.
Гонка совершенства ускоряется
В июле китайский гигант солнечной энергии LONGi объявил, что один из его тандемных элементов из перовскита и кремния достиг сертифицированного КПД 35,5 процента. Компания также сообщила о 31,4-процентной эффективности тандемного модуля, более коммерчески значимого устройства, состоящего из нескольких ячеек. В LONGi заявили, что результат работы ячейки был независимо сертифицирован Европейской испытательной установкой по солнечной энергии.
Для сравнения, даже лучшие традиционные кремниевые элементы преобразуют около 27 процентов поступающего солнечного света в электричество, что очень близко к абсолютному теоретическому пределу эффективности в 29 процентов. Это потолок, который невозможно создать, используя только кремний. Некоторые фотоны с низкой энергией проходят через кремний незамеченными, в то время как фотоны с высокой энергией несут больше энергии, чем кремний может использовать, и теряют большую часть этого избытка в виде тепла.
Тандемные элементы обходят это узкое место, обеспечивая разные части солнечного света разным материалам. Слой перовскита сверху эффективно улавливает свет с более высокой энергией, а слой кремния внизу собирает большую часть проходящего света с более низкой энергией. Теоретически 40 процентов можно достичь с помощью тандемных панелей.
Технология начала двигаться к потребителям. В 2024 году британско-немецкая компания Oxford PV объявила о первой коммерческой поставке тандемных панелей из перовскита и кремния заказчику из США. Его панели спроектированы таким образом, чтобы обеспечивать на 20 процентов больше энергии, чем стандартные кремниевые продукты.
Американские и американские производители теперь хотят расширить эту идею. Компания Qcells протестировала тандемные панели в лабораториях и на открытых площадках по всему миру, подвергая их воздействию экстремального света, тепла и воздействия искусственного льда.
В июле 2026 года компания объявила, что ее технология стала первой тандемной конструкцией, получившей сертификат TÜV Rheinland, подтверждающий соответствие соответствующим стандартам UL и Международной электротехнической комиссии.
«Электроэнергетическая отрасль довольно консервативна в принятии новых технологий», — сказал Фабиан Фертиг, руководитель отдела тандемных исследований и разработок Qcell. Нью-Йорк Таймс. «Мы сосредоточены на стабильности. Нам нужно убедить банки, что эта новая технология может принести пользу».
Солнечная панель должна прослужить при пиковой эффективности десятилетия, а не недели.
Фото: Айке Кёнен/Helmholtz-Zentrum Berlin
Однако для потребителей эффективность — это лишь одна часть уравнения. Самое тяжелое испытание еще впереди.
Коммунальное предприятие не заказывает конкретную солнечную панель, потому что она устанавливает лабораторный рекорд. Девелоперы и кредиторы рассчитывают получать энергию (и деньги) от своих модулей в течение 20 или 30 лет, выдерживая жару, влажность, ультрафиолет, мороз, ветер и град. И, конечно же, они хотят получить максимальную цену за выработанный кВт.
Перовскиты исторически имели проблемы с надежностью, по крайней мере, по сравнению со стабильностью кремниевых панелей. Исследователи добились быстрого прогресса, но вопрос долговечности не исчез. Исследование 2026 года по Синтез природы сообщили о тандемной ячейке, которая сохранила 95 процентов своей первоначальной производительности после 1100 часов непрерывного освещения. Но это было всего шесть с половиной недель. Обычно ожидается, что обычные кремниевые модули будут работать от 25 до 30 лет, а современные гарантии производительности все чаще продлеваются до 30 лет. По отраслевым прогнозам, приведенным Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии, ожидаемый износ кремниевых модулей большую часть этого времени составит всего около 0,4 процента в год.
Чтобы тандемные панели достигли масштабов коммунальных предприятий, производители должны убедить застройщиков и их кредиторов, что дополнительная эффективность сохранится через много лет после установки.
«Есть все эти вопросы о том, как долго они продлятся», — сказал Четан Кришна из исследовательской организации по устойчивому развитию RMI. Нью-Йорк Таймс. «Есть ли проблемы деградации, о которых мы еще не знаем?»
Тогда есть стоимость.
Ограничения и марш прогресса
Первые тандемные панели могут быть дороже, чем кремниевые модули, поступающие на один из самых суровых производственных рынков на Земле. Заводы по всему миру уже производят больше традиционных солнечных модулей, чем мир устанавливает каждый год, что способствует снижению цен до необычно низкого уровня. Международное энергетическое агентство (IEA) сообщает, что глобальные мощности по производству модулей вырастут более чем вдвое к 2024 году.
Эта шкала в значительной степени благоприятствует Китаю. По оценкам МЭА, на долю Китая приходится около 85 процентов производственных мощностей цепочки поставок солнечной энергии, включая около 95 процентов мощностей по производству полупроводниковых пластин.
Таким образом, тандемная технология не ослабит автоматически хватку Китая. Вместо этого это может создать новое поле технологической битвы.
Однако недостаток стоимости и долговечности он может компенсировать меньшими требованиями к площади для тандема. Тандемная панель, которая генерирует больше электроэнергии на той же площади, уменьшает площадь, монтажное оборудование и кабели, необходимые для данного количества электроэнергии. Поскольку спрос на электроэнергию в США растет, получение еще одной пятой или четверти энергии с тех же солнечных акров может стать все более важным.
Скотт Уортон, исполнительный директор калифорнийской компании Tandem PV, считает этот переход неизбежным.
“В отрасли не ведется дискуссия о том, что мы перейдем к тандемам”, – сказал он. Нью-Йорк Таймс.
