ComboGreen
RUЯзык ресурса: Русский. Другие редакции пока не выпущены.
Журнал

Материалы · Графен№ 16Аналитический обзор

Графен в фотовольтаике

Кремниевые и перовскитные солнечные элементы: зарубежные исследования, компании, ресурсы, марки. 15 источников · 3 консорциума · 2 технологии.

Опубликовано
Август 2026
Чтение
8 минут
Главы
5
Источники
15
Солнечная электростанция на морском побережье на закате
Солнечная электростанция на морском побережье на закатеОбложка

В солнечном элементе графен решает минимум две разные задачи в зависимости от того, в какой части устройства он используется.

Расширенная версия записки: дополнена научная база по обеим технологиям и добавлен отдельный раздел о мировых компаниях, коммерческих марках и исследовательских консорциумах, уже работающих в этой нише.

Раздел 1 · Механизм

Что такое графен – применительно к солнечному элементу

01

Прозрачный токопроводящий электрод

Сегодня почти все солнечные панели и дисплеи используют для этой роли оксид индия-олова (ITO): материал дорогой, хрупкий и зависимый от индия – редкого металла с нестабильной геополитически концентрированной добычей. Графен обладает сопоставимой или более высокой прозрачностью (свыше 97% пропускания света для монослоя) при хорошей электропроводности – то есть потенциально способен заменить и ITO, и серебряные токопроводящие пасты без использования дефицитных металлов вообще.

02

Функциональная добавка внутри активного слоя

Графен внутри самого светопоглощающего слоя или на границе раздела слоёв работает как модификатор транспорта заряда, барьер против деградации материала или пассивирующий (защитный) слой, снижающий потери на рекомбинацию заряда на поверхности кремния или перовскита.

Раздел 2 · КремнийЗарубежные исследования

Кремниевые солнечные элементы – зарубежные исследования

Макроснимок кремниевого солнечного элемента с тонкими линиями токосъёмников
Макроснимок кремниевого солнечного элемента с тонкими линиями токосъёмников
Таблица 1Результат · условия · источник
01Рост эффективности устройства примерно на 1,6%; электропроводность электрода выросла до 5,5 мСм против 3 мСм у чистого ITO
Монослой графена поверх переднего электрода в кремниевом гетеропереходном элементе с селективным контактом на основе оксида молибдена (MoOx)PMC/NCBI[1]
02Поглощение света выросло до 34,4% против 30,9% у эквивалентной ячейки на ITO (кремниевый слой 300 нм), эффект сохраняется в широком диапазоне углов падения света
Графеновый передний электрод для тонкоплёночных элементов на аморфном кремнииResearchGate[2]
03КПД гибридной ячейки графен/органический слой/кремний достиг 10%
Графен как прозрачный электрод в гибридной структуре с кремниевой подложкойFrontiers in Materials[3]
04Пропускание света для монослойного графена превышает 97%; предложена техника легирования «ion-charged dielectrics», снижающая листовое сопротивление более чем на 60%
Графеновый прозрачный электрод для тандемных перовскит-кремниевых элементовProgress in Photovoltaics, Wiley[4]
05Улучшенные коэффициент заполнения (FF) и напряжение холостого хода (Voc)
Многослойный графен совместно с ITO в кремниевых гетеропереходных (SHJ) элементах, измерения терагерцовой спектроскопиейPMC/NCBI[5]
06Мощность преобразования энергии выросла до 6,10% против 3,89% у эталонного устройства без обработки – рост почти на 57% относительно исходного значения
Графен как прозрачный электрод в кремниевом элементе с барьером Шоттки (Gr/Si), после специальной химической обработки поверхностиScienceDirect[6]
07Высокая эффективность преобразования энергии 18,8% на большой площади элемента (5,5 см²)
Чернила на основе оксида графена и допанта Nafion, формирующие пассивирующий контакт на n-кремнии по технологии back-junction – решение, пригодное для масштабируемой печати из раствораAdvanced Materials Interfaces, Wiley[7]
08Систематизация физического механизма работы графен-кремниевых элементов с изолирующим слоем (MIS-структура); показано, что качественный пассивирующий слой – ключевой фактор эффективности, важнее, чем считалось ранее
Обзор и переоценка механизма графен-изолятор-кремний (MIS) солнечных элементов с оксидом алюминия (Al₂O₃) в качестве изолятораMDPI, Nanomaterials[8]
Раздел 3 · ПеровскитЗарубежные исследования

Перовскитные солнечные элементы – зарубежные исследования

Перовскитные солнечные элементы – новый, быстро развивающийся класс тонкоплёночных фотоэлементов на основе кристаллов со структурой природного минерала перовскита; сертифицированная эффективность уже превысила 27% для одиночного перехода и 34% для тандема с кремнием (мировой рекорд коммерческого размера тандема – 30,1%, LONGi, 2024 г.), но главная нерешённая проблема отрасли – недостаточная долговременная стабильность материала.

Рулонная установка наносит покрытие на гибкую плёнку, рядом гибкие солнечные модули
Рулонная установка наносит покрытие на гибкую плёнку, рядом гибкие солнечные модули
Таблица 2Результат · условия · источник
01Эффективность преобразования энергии 23,6% – рекордный показатель для перовскитных элементов именно с углеродным (не металлическим) электродом
Легирование дырочно-инжекционного слоя оксидом графенаNature Energy, 2025 г.[9]
02Деформация кристаллической решётки под воздействием света снижена с 0,31% до 0,08%; модуль упругости и твёрдость плёнки выросли вдвое; сохранение свыше 97% начальной эффективности после непрерывной работы 3670 часов при 90 °C
Монослой графена, связанный с полимером, на границе раздела перовскитной плёнкиNano-Micro Letters, обзор 2024–2025 гг.[10]
03КПД до 18,2%; сохранение свыше 88% эффективности после 16 часов непрерывного солнечного облучения
Двойная роль графена: графен-легированный мезопористый TiO₂ как электрон-транспортный слой + слой оксида графена между перовскитом и дырочно-транспортным слоемGraphenea, со ссылкой на ChemSusChem[11]
04Эффективность выросла почти вдвое – до 30,6%; себестоимость производства снижена до 80%; заявлено превышение эффективности обычных кремниевых элементов до 5 раз именно в условиях низкой и искусственной освещённости
Функционализированный графен как высокоэффективное покрытие в перовскитных элементах для маломощной электроники (партнёрство First Graphene, Halocell Energy, Технологический университет Квинсленда, Австралия)Пресс-релиз PRNewswire, pv magazine, сентябрь 2025 г.[12, 13]
05Улучшена долговременная стабильность за счёт барьерного эффекта против деградации электрода
Графен, выращенный in-situ с обеих сторон электрода на основе медно-никелевого сплаваNature Energy, 2022 г.[14]
06Создана первая в мире действующая графен-перовскитная солнечная электростанция на открытом воздухе (о. Крит, Греция); пиковая мощность 250 Вт – сопоставимо с коммерческими 60-элементными кремниевыми панелями
Проект GRAPES под руководством Enel Green Power (Италия), эксплуатация модулей с уложенными слоями графена, перовскита и кремния в реальных полевых условияхNature Energy / Graphene Flagship[15]
Раздел 4 · РынокКомпании и консорциумы

Компании, исследовательские консорциумы и коммерческие марки

Ниже – систематизация мировых игроков, уже работающих на стыке графена и фотовольтаики, от ранних исследовательских консорциумов до компаний с реальными коммерческими продажами.

4.1

First Graphene + Halocell Energy + Queensland University of Technology (Австралия)

Наиболее коммерчески зрелый из всех найденных кейсов. First Graphene (марка PureGRAPH®; компания входит в обзор 32 производителей графена) поставляет функционализированный графен для покрытия перовскитных элементов Halocell Energy. Партнёрство финансируется трёхлетним грантом на AU$2,03 млн от австралийской программы Cooperative Research Centres Projects (CRC-P). Ключевое технологическое преимущество: графеновая рецептура совместима с рулонной (roll-to-roll, R2R) технологией нанесения дисперсии – самым дешёвым и наиболее легко масштабируемым методом производства перовскитных элементов, полностью устраняющим необходимость в золоте и серебре, которые традиционно используются как проводящие материалы.

Halocell уже продаёт на австралийском рынке линейку модулей Ambient для маломощной бытовой электроники (пульты, калькуляторы, метки слежения) с конца 2024 г., с заявленными перспективами применения в спутниковых модулях, беспилотных летательных аппаратах и биомедицинских сенсорах.

4.2

GraphEnergyTech (Великобритания, операции в Швейцарии)

Специализированная компания, разрабатывающая высокопроводящие графеновые электроды для солнечных элементов – параллельно для двух технологий: кремниевых гетеропереходных (SHJ) элементов и перовскитных элементов. Заявленные преимущества графеновой рецептуры – химическая стабильность и экономическая эффективность, совместимость со стандартными промышленными методами нанесения (трафаретная печать, ракельное нанесение, щелевая экструзия).

01

GETPSC

Graphene Electrode Technology for Perovskite Solar Cells – начат в январе 2025 г. совместно с Кембриджским университетом, тайваньской Taiwan Perovskite Solar Corporation и Тайваньским институтом промышленных технологических исследований (ITRI); финансирование – грант £884 129 от Innovate UK, общий бюджет проекта £1,14 млн.

02

SiLEAN

Трёхлетний проект по замене серебряных электродов в кремниевых гетеропереходных элементах на графеновые углеродные чернила, пригодные для масштабируемой печати; стартовал в мае 2024 г., финансируется программой Евросоюза Horizon Europe.

4.3

Graphene Flagship – проект GRAPES (Enel Green Power, Италия)

Крупнейшая в мире скоординированная научная инициатива по графену (бюджет €1 млрд) – исследовательский консорциум под руководством энергетической компании Enel Green Power, объединяющий партнёров: Греческий Средиземноморский университет, Римский университет Тор Вергата, компания BeDimensional S.p.A. (Италия), Greatcell Solar Italia, Итальянский технологический институт и Национальный исследовательский совет Италии (CNR). Результат проекта – уже упомянутая в разделе 3 первая в мире действующая графен-перовскитная солнечная электростанция на о. Крит, работающая на открытом воздухе в реальных условиях, а не только в лаборатории; результаты опубликованы в Nature Energy.

4.4

Прочие отмеченные игроки

01

Greatcell Solar / Greatcell Australia

Построила пилотный завод в Новом Южном Уэльсе, тестирует линейку перовскитных элементов с производителями по всему миру; заявленная цель – модульные производственные линии, помещающиеся в стандартный 40-футовый морской контейнер, для быстрого развёртывания производства.

02

Nanotech Energy Europe

Дочерняя структура американской Nanotech Energy (см. выпуск «Графен в батареях»). Хотя основной профиль компании не солнечные элементы, а системы накопления энергии на основе графена, компания заключила соглашение на поставку систем хранения энергии свыше 1 ГВт·ч до 2028 г. греческой Smile Energy – показательный пример того, как графеновые технологии одной компании расширяются на смежный рынок возобновляемой энергетики.

03

Tandem PV

Отдельная компания (не графеновая по профилю, упомянута для отраслевого контекста), объявившая о демонстрационном перовскит-кремниевом тандемном модуле эффективностью 30,4% на кремниевой подложке Maxeon IBC – показывает общий уровень конкуренции в тандемных технологиях, с которым будет сравниваться графен-усиленное решение.

Раздел 5 · Итоги

Резюме

Резюме

Что графен даёт солнечному элементу физически
В роли электрода – безиндиевую и не требующую серебра/золота замену традиционных проводящих материалов; в роли добавки в активный слой – механическое усиление, пассивацию поверхности и барьерную защиту от деградации
Насколько это подтверждено
Свыше 13 независимых научных публикаций (PMC, Nature Energy, Wiley, Springer, ScienceDirect) с конкретными числовыми результатами – от +1,6% до практически удвоения эффективности в перовскитных элементах, и реальной действующей солнечной электростанцией на открытом воздухе (о. Крит)
Кто уже это делает в мире
First Graphene + Halocell Energy (Австралия, коммерческие продажи с 2024 г.), GraphEnergyTech (Великобритания/Швейцария, гранты Innovate UK и Horizon Europe), консорциум GRAPES под руководством Enel Green Power (Италия, действующая электростанция)
В чём разница между кремниевым и перовскитным направлением
Кремниевое направление – более зрелое, но требует более тонкой инженерии контакта для заметного эффекта; перовскитное – менее зрелое как отрасль в целом, но именно там графен даёт наиболее выраженный кратный эффект и уже имеет реальные коммерческие продажи
Приложение · Список источников

Проверить самостоятельно

Документ основан на аналитическом синтезе открытых источников по состоянию на август 2026 г. и не заменяет прямого контакта с указанными организациями для проверки актуального профиля деятельности. Дополнительно использованы: Replacing silver in PV manufacturing with new graphene electrode technology (pv magazine Global); First Graphene and Halocell enter agreement to supply graphene for perovskite solar cells (Graphene-Info); Graphene Solar: Introduction and Market News (Graphene-Info); Highlights of mainstream solar cell efficiencies in 2024 (Springer).

Источники15

  1. [1]
  2. [2]
  3. [3]
  4. [4]
  5. [5]
  6. [6]
  7. [7]
  8. [8]
  9. [9]
  10. [10]
  11. [11]
  12. [12]
  13. [13]
  14. [14]
  15. [15]
    Materials of the future – Graphene and perovskites

    Graphene Flagship; первоисточник – Pescetelli et al., Nature Energy, 2022 (nature.com/articles/s41560-022-01035-4).

Материал в базе · 01ГрафенУглеродная наноструктураОдин слой углерода толщиной в атом – и целое семейство форм, добавок и сценариев применения.16 применений18 публикацийОткрыть карточку