Теоретическое обоснование планетарной ноосферной устойчивости тесно связано с разработками и внедрением продвинутых технологий энергосбережения и оптимизации прогнозируемоего развития мировой экономики и экологии. Выдающиеся мыслители, основатели проекта «Римский клуб», заложили основания долгосрочного планетарного прогноза и перспективного глобального экологического мышления [1]. Ноосферная устойчивость – желаемый результат цивилизационного развития и является производной от биосферного баланса сил в ходе длительной бохимической эволюции Земли. Экологическая устойчивость напрямую зависит от баланса геологических, биосферных и техносоциальных факторов [2].

Автономия отдельных процессов и явлений в пределах «природы» иллюзорна. Оказалось, что в рамках биосферогенеза живые организмы не могут продолжительно существовать независимо от наличной экологической сети. Фактически, каждый живой огранизм – это, прежде всего, часть планетарного целого, биосферы, то есть, – жизни в её тотальности в пределах Земли. Согласно эволюционным законам формируется спонтанный витальный импульс, который продуцирует специфическую экологическую идею – «быть – значит жить». В контексте исследований биосферы появляются естественнонаучные, философские, социокультурные и экологические идеологемы неконфликтного сосуществования разнообразных форм жизни. Получается, что именно живые организмы являются базовыми элементами возобновляющейся непрерывной глобальной сети фронтально взаимосвязанных органических форм с неявными характеристиками самоидентичности [3].

Теоретические подходы в области обеспечения планетарного устойчивого ноосферного развития восходят к научным исследованиям В. И. Вернадского [4;5], Н. Н. Моисеева [6;7], В. П. Казначеева [8]. Инновационные исследования в области оптимизации устойчивого ноосферного развития крымского региона сформировались под влиянием идей Н. В. Багрова [9;10], В. А. Бокова [11;12]. В настоящее время продолжаются дискуссии о перспективах и направленности ноосферогенеза как закономерного этапа эволюции биосферы [13;14]. Экспериментальные разработки, уникальные энергетические технологии и соответствующая патентная деятельность связаны с проектами энергосбережения в Крыму, реализующимися группой учёных и инженеров под руководством А. И. Башты [15–17]. В связи с широким фронтом ноосферологических исследований можно утверждать, что «крымский вектор» устойчивого ноосферного развития имеет обоснованные базисные идеи и реальные практические апробации.

Основная цель исследования состоит в анализе ресурсных оснований, необходимых для осуществления программы интенсификации мощностей новой энергетики. Это позволит включить режим реализации проектов энергетической безопасности, обязательных в ходе строительства эффективной экономики Крыма. В связи с приоритетами достижения данной цели, наиболее ожидаемым результатом продвижения государственных программ энергосбережения является реализация коллективных и индивидуальных потребностей граждан в условиях гарантированной правительственной поддержки проектов энергообеспечения крымского региона.

Для оптимального достижения основной цели нужно решить ряд задач: a) изучить условия для осуществления наиболее эффективной программы ноосферной устойчивости региона; б) определить последовательность этапов реализации направлений региональной энергонезависимой политики; в) осуществлять непрерывный мониторинг ресурсной базы энергосберегающей составляющей региональной экономики; г) выделить качественные опции новой энергетики и обозначить векторы их влияния на скорость внедрения инновационных проектов способствующих продвижению высокотехнологичной энергосберегающей экономики; д) с целью осуществления региональных социоэкономических проектов добиться улучшения информационной поддержки инноваций обеспечивающих все системы жизнедеятельности крымского региона; е) выявить необходимую ресурсную базу для осуществления государственных программ внедрения мощностей новой экономически рентабельной энергетики.

Ключевая проблема исследования заключается в понимании работы эффективных механизмов, необходимых для выработки стратегий обновления региональной экономики, определении соответствующих методологических и операциональных инструментов применяемых с целью устранения разрыва между государственным регулированием производства конвенциональных энергетических ресурсов и инновационными энергосберегающими технологиями.

Идейно-теоретической основой проектов экономического развития региона на основе высокотехнологичной энергосберегающей инновационной инфраструктуры является концепция устойчивого ноосферного развития. Принципы формирования будущей человеческой цивилизации изложены в концепции новой ноосферной парадигмы [18].

Очевидно, что когда ноосферное мышление окажется неотъемлемой составляющей актуального мировоззрения на индивидуальном и цивилизационном уровнях, новая экологически чистая энергия станет неизбежным выбором эффективного энергообеспечения. Особенно актуальной идея новой ноосферной парадигмы оказывается для ускорения регионального экономического развития. Данное исследование «энергетических координат» устойчивого регионального развития может быть осуществлено главным образом благодаря оптимальному массиву экспертных оценок академического сообщества.

Для понимания комплексной ситуации развития крымского региона необходимо, прежде всего, подвергнуть экспертному аудиту ресурсную базу ноосферной устойчивости и выделить ключевые направления оптимизации энергетических потоков в регионе. В результате описания основных направлений оптимизации энергосбережения отмечено, что после предварительного анализа инфраструктуры энергоснабжения крымского региона, нужно сформировать «дорожную карту», с целью осуществления программ внедрения мощностей энергосберегающей региональной экономики.

Устойчивость региона зависит от множества факторов, в том числе от качества и масштабов производства экологически чистой возобновляемой энергии [19]. Наиболее рациональными с точки зрения экологической безопасности эксплуатации ресурсов в крымском регионе являются те, которые базируются на использовании высокотехнологичных локализованных источниках солнечной энергии. Однако для оптимизации ресурсной базы новой энергетики в крымском регионе необходимо знать спектр основных высокотехнологичных трендов, способствующих укоренной реализации перспективных проектов возобновляемой энергии в планетарном масштабе. Мировые тенденции энергетических трендов имеют направленность к поиску перспективных энергосберегающих промышленных технологий [20–24]. По сути, речь сегодня идёт о новой энергетической революции, считает Г. Геллер [25].

В представленном исследовании показаны основные ресурсы для увеличения производственных мощностей на основе региональных источников возобновляемой энергии. Презентованы ключевые характеристики развития глобальной энергетически ориентированной экономики в начале текущего столетия. Авторы доказывают, что новые энергетические проекты могут быть эффективно реализованы только в условиях поддержки системообразующих научно обоснованных государственных программ направленных на интенсивное развитие энергетической сферы. В связи с географической спецификой региона становится очевидно, что внедрение инновационных технологий для более эффективного энергопотребления в Крыму с необходимостью будет сопровождаться различного рода рисками: экономическими, экологическими, рекреационными и другими [26].

В ходе реализации основных направлений исследования необходимо, прежде всего, решить теоретические и практические эадачи, связанные с экономическим, технологическим, социо-культурным и экологическим развитием региона. Комплексные трансформации крымского региона, благодаря ускоренным технологическим инновациям, будут способствовать обновлению социальной, рекреационной, туристической, культурной и образовательной сфер. Обеспечение ноосферной устойчивости крымского региона напрямую зависит от ускоренной реализации перспективных технологий новой экономически оправданной и экологически безопасной энергетики, а также от успешности продвижения и оптимизации научно-исследовательских программ направленных на комплексное развитие региона.

Практическое применение результатов исследования заключается в обеспечении экономически обоснованных планов для ускоренного внедрения инновационных энергосберегающих установок, а также максимального удовлетворения спроса граждан и организаций на использование экологически чистой дешёвой энергии. Предполагаемые результаты исследования заключаются в обосновании эвристически эффективных методах осуществления инновационной политики в области энергосбережения и аппробации новых экономически эффективных способах расширенного использования экологически безопасных источников производства промышленной и бытовой электроэнергии.

Выводы. Идея обеспечения ноосферной устойчивости региона имеет комплексный характер. В представленной работе выделены значимые результаты оптимизации ресурсов энергетического обеспечения необходимого для обретения ноосферной устойчивости крымского региона на основе эксплуатации возобновляемых источников энергии. Показано, что экономические, экологические, а также социально-политические векторы развёртывания энергетических стратегий составляют основу развития региональной энергосберегающей экономики. Поскольку энергетическая составляющая, наряду с другими индустриальными факторами, определяет ключевые направления развития крымского региона, то дальнейшие исследования многовекторного энергетического потенциала Крыма стратегически необходимы.

Одной из особенностей ВЭУ является их переменная загруженность по мощности, имеющая кубическую зависимость от скорости набегающего потока воздуха. При низких скоростях ветра наличие свободного запаса по току силового преобразователя в составе ВЭУ позволяет использовать его для повышения качества напряжения распределительной сети ветропарка, что уменьшает номинальную мощность, а соответственно и стоимость компенсирующих устройств, использующихся для обеспечения требуемых показателей качества по факторам несимметрии, высших гармоник, провалов и колебаний напряжения сети ветропарка [6].

Так как эффективность и способность ВЭУ обеспечивать качество напряжения сети ветропарка напрямую зависит от топологии её силовой части, актуальной задачей является анализ современных топологий и конструктивных особенностей мощных ветроэнергетических установок.

Общее строение и принцип работы ветрогенератора

Существует два основных типа ВЭУ – с горизонтальной и вертикальной осью вращения ротора[2]. КПД ВЭУ с вертикальной осью существенно ниже, чем обусловлено их практически полное отсутствие на рынке ВЭУ мультимегаваттного уровня. Поэтому в работе рассматриваются только ВЭУ с горизонтальной осью вращения ротора.

Рисунок 1. Механические и силовые составляющие ветрогенератора с горизонтальной осью вращения ротора[7].

Наиболее распространённые топологии ВЭУ с горизонтальной осью вращения имеют сходное конструктивное исполнение, представленное на рисунке 1. Процесс генерации электрической энергии, отдаваемой ВЭУ в сеть, проходит через несколько стадий. В первую очередь с помощью лопастей из набегающей воздушной массы извлекается кинетическая энергия и преобразуется к механической энергии на валу ротора ВЭУ, при этом эффективность преобразования зависит от площади соприкосновения воздушной массы и лопасти. Механические и силовые компоненты ВЭУ рассчитаны на генерацию и передачу в сеть определённой мощности, превышение которой может привести к аварийным режимам работы ВЭУ, раннему износу оборудования и негативному влиянию на сеть, поэтому при больших скоростях ветра генерируемая мощность должна быть ограничена.

Здесь следует выделить два способа ограничения максимальной мощности ветрогенератора:

1) Первый заключается в изменении угла поворота лопастей, для чего лопасти крепятся к ротору ВЭУ с помощью сервоприводов, поворачивающих лопасти, таким образом уменьшая их площадь соприкосновения с набегающим воздушным потоком.

2) Второй способ заключается в производстве лопастей особой формы, которая при увеличении скорости вращения приводит к уменьшению КПД преобразования кинетической энергии, содержащейся в воздушной массе в механическуюмощность, передаваемую ротору. Производство таких лопастей для мощных ветрогенераторов сопряжено с трудностями, таким образом основным способом ограничения максимальной механической мощности, производимой ВЭУ является поворот лопастей. Таким образом почти все ветрогенераторы большой мощности имеют сервоприводы на роторе для поворота лопастей.

Кроме того, для достижения наибольшей эффективности при небольших скоростях ветра люлька вектрогенератора должна быть направлена таким образом, чтобы площадь обдувания лопастей была максимальной. Для этого в башне ВЭУ также устанавливают электропривод, поворачивающий люльку противоположно набегающему воздушному потоку.

Механическая часть ветрогенератора представляет собой два вала ротора – низкоскоростной с креплением на нём лопастей и высокоскоростной ротор генератора. Согласование передачи механического момента между валами достигается с помощью установки трансмиссии.

Силовая часть ВЭУ представляет собой систему, осуществляющую соединение генератора с сетью, и является основным существенным отличием, позволяющим выделитьотдельные структуры реализацииВЭУ.

Ветрогенераторы с неуправляемойскоростью вращения ротора

Первыми мощными ветрогенераторами, получившими широкое распространение, были ветрогенераторы без силового преобразователя. Структура данной топологии представлена на рисунке 2. Данная топология является наиболее дешёвой и простой в реализации. В качестве генератора обычно используется асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором (АГКР), статор которого подключается напрямую к обмоткам понижающего трансформатора. При таком подключении АГКР при запуске может потреблять ток, превышающий номинальный в 5–7 раз. Для ограничения пусковых токов перед обмотками статора АГКР обычно устанавливают устройство плавного пуска. Кроме того, статор АГКР постоянно потребляет из сети реактивную мощность, которая может достигать 30% от номинальной мощности. Для компенсации реактивной мощности параллельно статору также обычно устанавливают батареи конденсаторов.

Рисунок 2. Структура ВЭУ без силового преобразователя.

Наиболее существенным недостатком данной топологии является отсутствие возможности управления скоростью вращения ротора. Наибольшая мощность, извлекаемая ветрогенератором из воздушной массы, достигается при определённом соотношении между скоростью вращения ротора и скоростью набегающего на лопасти воздушного потока. Отсутствие возможности регулировать скорость вращения существенно уменьшает КПД преобразования энергии в ВЭУ, поэтому несмотря на простоту и низкую стоимость производства ВЭУ такой топологии, их эффективность крайне низка. Кроме того, скорость вращения ротора у рассматриваемой топологии связана с частотой напряжения сети, а, следовательно, резкое изменение скорости ветра приводит к существенным колебаниям выходной мощности, генерируемой ВЭУ, а также увеличивает нагрузку как на механические, так и силовые составляющие ВЭУ.

• Наиболее простая и недорогая в реализации топология
  
• Низкая эффективность из-за неполного извлечения мощности
  
• Высокие нагрузки на электрические и механические компоненты
  
• Требует устройства плавного пуска и батареи конденсаторов
  

Ветрогенераторы с преобразователем напряжения в цепи статора

Серьёзный скачок в развитии мощных полупроводниковых ключей в 1980-х гг. привёл к повсеместному распространению силовых инверторов напряжения. Несмотря на то, что основной областью их применения стал частотно-регулируемый электропривод, данная тенденция коснулась и ветроэнергетики. Подключение генераторов в составе ВЭУ к сети через AC-ACпреобразователи позволило построить новую топологию, устраняющую основные недостатки ВЭУ с неуправляемой скоростью вращения ротора.

Рисунок 3. Структура ВЭУ с силовым преобразователем в контуре статора.

Структура топологии ВЭУ с силовым преобразователем представлена на рисунке 3. В соответствии с данной топологией генератор может быть выполнен как в виде асинхронного, так и синхронного генератора. Широкое применение нашла конструкция на основе синхронного генератора с постоянными магнитами (СГПМ), которая при относительно высокой стоимости изготовления генератора обеспечивает высокую энергоэффективность и наименьшие затраты на обслуживание генератора. Кроме того, среди прочих конструкций генераторов, СГПМ достаточно просто сконструировать с большим числом пар полюсов, что позволяет исключить трансмиссию. Статор генератора в данной топологии подключается к сети через силовой преобразователь (СП), представляющий собой два инвертора напряжения, чаще всего выполненные на IGBT-модулях, соединённые общим звеном постоянного тока (ЗПТ). Инвертор со стороны генератора позволяет управлять частотой и амплитудой напряжения на статоре, что в свою очередь позволяет управлять скоростью вращения ротора, достигая наибольшей энергоэффективности ВЭУ [1]. ЗПТ в свою очередь не только разделяет частоты напряжения сети и статора, но и служит фильтром, сглаживающим пульсации генерируемой мощности, которые связаны с резкими изменениями скорости ветра.

Недостатком данной топологии является относительно высокая стоимость силовых преобразователей необходимой мощности, а также дополнительные потери на переключение силовых ключей в их составе.

Таким образом, основные особенности топологии ВЭУ с силовым преобразователем в контуре статора:

• Управление скоростью вращения ротора, что обеспечивает наибольший КПД преобразования кинетической энергии воздушного потока в механическую энергию на валу ротора
  
• Наличие ЗПТ позволяет уменьшить нагрузку на электрические и механические компоненты ВЭУ
  
• Раздельное управление активной и реактивной мощностью на стороне сети
  
• КПД преобразования зависит от потерь на переключение ключей в составе преобразователя
  

Ветрогенераторы на основе машины двойного питания

Топология ВЭУ на основе машин двойного питания (МДП) появилась относительно недавно как альтернатива ВЭУ с силовым преобразователем в цепи статора. Структура ВЭУ с МДП представлена на рисунке 4. В рассматриваемой топологии в качестве генератора используется асинхронный генератор с фазным ротором, статор которого подключен напрямую к зажимам трёхобмоточного понижающего трансформатора. Ротор МДП через контактные кольца соединён с AC-AC преобразователем, сетевой инвертор которого также подключается к трёхобмоточному трансформатору.

Рисунок 4. Структура ВЭУ с машиной двойного питания.

Наличие силового преобразователя в контуре ротора позволяет ВЭУ с МДП достигать динамических характеристик аналогичных ВЭУ с силовым преобразователем в контуре статора, при поддержании в цепи ротора лишь 25-30% от номинальной мощности, чем и обусловлено ключевое преимущество рассматриваемой топологии – уменьшение стоимости ВЭУ, габаритов силовой части и снижение тепловых потерь, потерь на переключение и намагничивание за счёт уменьшения мощности силового преобразователя.

Основным недостатком данной топологии является наличие контактных колец, что существенно увеличивает затраты на обслуживание такого типа генераторов.

Основные характеристики рассматриваемой топологии:

• Снижение стоимости и габаритов силового преобразователя.
  
• Низкие тепловые потери, потери на намагничивание и коммутацию.
  
• Динамические характеристики как у ВЭУ с силовым преобразователем в цепи статора.
  
• Высокие затраты на обслуживание из-за контактных колец.
  

Выводы

В работе рассмотрены топологии силовой части ВЭУ, получившие наиболее широкое распространение в генерирующих установках большой мощности – до нескольких мегаватт. Производство и эксплуатация ВЭУ с нерегулируемой скоростью вращения ротора наименее оправдано в связи с их низкой эффективностью. ВЭУ с силовым преобразователем в цепи статора и ВЭУ на основе машины двойного питания являются основными топологиями для производства мощных генерирующих установок, выбор между которыми обусловлен балансом между изначальной стоимостью производства генерирующей установки и затратами на её обслуживание.

Рисунок 1. кристаллическая структура соединений перовскитов

Типичная формула соединения перовскита, используемого в солнечной энергетике, CH₃NH₃PbX₃, где CH₃NH₃ – метиламмония ион, Pb – атом свинца, а X – ион из числа галогенов (может быть как йод – I, Br – бром, так и Cl – хлор). Хорошо видно, что атомы метиламмония (зеленый) расположены в узлах слабо искаженной решетки кубического типа. В центрах псевдокубов лежат атомы свинца (черный) (в некоторых солнечных элементах на основе ГОНП вместо свинца может быть использовано олово). Атомы галогенов (синий) образуют вокруг атомов свинца практически правильные октаэдры, несколько развернутые и наклоненные относительно идеальных положений. Как правило, данный слой формируется методом центрифугирования с использованием диметиформамида (DMF) в качестве растворителя соли дийодида свинца PbI₂[1]. 
Методика получения дийодида свинца состоит из следующих этапов:
1. Расчет масс реагирующих веществ с точностью до 0.1 мг с целью приготовления растворов с заданной концентрацией. Для получения порошка дийодида свинца использовались следующие химические вещества: 
Дистиллированная вода (H₂O)

Нитрат свинца (Pb(NO₃)₂)

Йодид калия (KI)

2. Наполнение объема, в котором будет происходить реакция, дистиллированной водой (H₂O) с последующим полным растворением в ней соли йодида калия (KI). Для повышения скорости растворения соли необходимо постоянно перемешивать получившийся раствор стеклянной палочкой до исчезновения видимых кристаллов соли [2].

3. Добавление в раствор нитрата свинца (Pb(NO₃)₂). Жидкость окрашивается в ярко-желтый цвет, как показано на рисунке. Молярное соотношение йодида калия и нитрата свинца 1:1. Происходит следующая реакция (рисунок 2):

4. Как видно из химической формулы, выпавший осадок является дийодидом свинца PbI₂. Его необходимо извлечь из полученного объема путем выпаривания жидкости. В результате полной просушки остается желтый порошок дийодида свинца (рисунок 3).

Рисунок 3. – Дийодид свинца в виде порошка

Однако, как уже было отмечено ранее, главным преимуществом солнечных элементов на основе гибридных органо-неорганических перовскитов является тот факт, что они могут быть изготовлены из распространенных металлов и промышленных химических веществ. Таким образом, в качестве источников получения необходимых компонентов могут выступать промышленные отходы, содержащие свинец. Основной проблемой такого подхода является сложность извлечения и последующей обработки. Однако, существенное снижение стоимости конечного продукта, а также снижение нагрузки на окружающую среду, позволяет утверждать, что такой способ может стать хорошей альтернативой существующим методам получения или восстановления свинца [3]. 
Далее будет рассмотрен способ получения нитрата свинца (Pb(NO₃)₂) путем переработки пластин свинца и диоксида свинца, извлеченных из старого автомобильного аккумулятора. 
1. Необходимо извлечь из старого автомобильного аккумулятора свинец. Для этого требуется слить электролит из аккумулятора и затем несколько раз промыть его дистиллированной водой (H₂O). После чего полностью заполнить объем аккумулятора пищевой солью и оставить в таком состоянии на несколько дней. 
2. Высушенный и промытый от пищевой соли аккумулятор следует вскрыть, обнажив электродные панели, и затем извлечь электроды из корпуса. Затем следует извлечь катод и анод и, не смешивая их, разложить по ёмкостям, поскольку анод – это чистый свинец (Pb), а катод – диоксид свинца (PbO₂),

3. Поместить катод – диоксид титана (PbO₂) в печь на пять часов при температуре 600 , что позволит преобразовать его в диоксид титана (PbO):

4. Растворить свинец с анода в азотной кислоте HNO₃, а оксид свинца – в уксусной кислоте CH₃CO₂H:


5. Смешать полученные растворы с йодидом калия с целью выпадения осадка дийодида свинца. Оба раствора окрашиваются в ярко-желтый цвет так же, как на рисунке 9:

• CH₃NH₃PbI₃;
• CH₃NH₃PbBr₃;
• CH₃NH₃PbCl₃;
• CH₃NH₃SnI₃;
• (NH₂CH=NH₂)PbI₃;
• (NH₂CH=NH₂)PbBr₃;
• (NH₂CH=NH₂)PbCl₃.

В работах [2, 3, 4, 5] отмечается, что в качестве слоя перовскита предпочтительнее использовать именно соединение на основе дийодида свинца. Связано это с тем, что последний имеет ширину запрещенной зоны в пределах от 1.5 эВ до 2.3 эВ. Следовательно, имеет более широкий диапазон поглощения света, что позволяет ему оставаться эффективным даже в отсутствии прямого солнечного света. Диапазон длин волн, в которых осуществляется поглощение квантов света, находится в пределах нм (видимое излучение зеленого цвета) и  (инфракрасное излучение) (рисунок 1).

Слой перовскита может быть изготовлен с помощью простых методов мокрой химии, таких как использование растворителей и паровой депозиции в центрифугировании. Связано это с тем, что тригалоидные перовскиты являются двойными солями. Следовательно, формирование тонких пленок гибридных органо-неорганических перовскитов сводится к возникновению перовскитной кубической кристаллической структуры из используемых солей при комнатной температуре из паровой и жидкой фаз [6].
Таким образом, для получения пленок гибридных органо-неорганических перовскитов будет использоваться метод центрифугирования, который представляет собой нанесение раствора целевого материала в растворителе на подложку во время ее вращения. Преимуществом данного метода является способность быстро и легко наносить однородные пленки от нескольких нанометров до нескольких микрон в толщину (рисунок 2).

Рисунок 2 – Пример статического нанесения капли раствора на подложку

Для получения пленок гибридных органо-неорганических перовскитов на стеклянных подложках, покрытых слоем диоксида титана TiO₂ (см. пункт 2.2), использовалось следующее оборудование кафедры: вытяжной шкаф и центрифуга Centrifuge – 80-2 (рисунок 3), приобретенные в рамках программы У.М.Н.И.К. – 2010 И.А. Прониным, проект – «Разработка методики получения пористой матрицы на основе ортокремневой кислоты в качестве контейнера для полупроводниковой массы чувствительного элемента газового сенсора».

Технические характеристики:

• максимальная скорость вращения 4000 об/мин;
• минимальная скорость вращения 200 об/мин;
• максимальная длительность вращения 60 секунд;

С целью фиксации подложки к центрифуге был разработан фиксатор для подложки, изображенный на рисунке 4. Фиксатор представляет собой шестиугольную пластину из фторопласта. Материал фиксатора был выбран из соображений практичности материала. Фторопласт – химически стойкий и прочный материал, это означает, что он не взаимодействует с попадающими на него веществами и соответственно не деформируется. В центре шестиугольника было вырезано прямоугольное отверстие для крепления подложки. Сам фиксатор был прикреплен к вращающему элементу центрифуги при помощи трех саморезов. После прикрепления фиксатора был пробный запуск центрифуги, который показал надежность и стабильность данной конструкции.

Также для получения слоя гибридного органо-неорганического перовскита потребуются:

• Растворитель – диметилформамид (DMF) 2C₃H₇NO;
• Магнитная мешалка;
• Дозатор;

Методика получения пленок гибридного органо-неорганического перовскита с помощью метода центрифугирования состоит из следующих этапов:
1. Подготовить поверхности подложек (см. п. 2.1);
2. Растворить дийодид свинца PbI₂ (см. п. 2.3) с помощью растворителя диметилформамида (DMF) 2C₃H₇NO в различных пропорциях 1:1, 1:2, 1:3. 

3. Перемешать получившийся раствор с помощью магнитной мешалки в течение 1 часа. 
4. Включить центрифугу, довести скорость вращения до 1500…3000 об/мин с шагом в 500 об/мин.
5. С помощью скотча обозначить границы наносимого слоя.
6. Нанести с помощью дозатора получившийся раствор на подложку, закрепленную в центрифуге. 
7. Спустя 20 секунд, убедившись, что весь растворитель испарился, извлечь стеклянную подложку с нанесенным на нее слоем гибридного органо-неорганического перовскита. 

1. Простота получения и изготовления. При производстве таких солнечных элементов используются дешевые и доступные технологии, такие как центрифугирование, спрей-пиролиз, роллерный метод и т.д.;
2. Абсолютно нетоксичное производство, не загрязняющее окружающую среду;
3. Возможность работы в небольшой лаборатории без использования дорогостоящего и громоздкого оборудования;
4. Возможность повторного использования промышленных отходов, таких как старые отработанные автомобильные аккумуляторы, в качестве источника свинца;
5. Малый вес итоговой конструкции;
6. Способность поглощать солнечный свет в широком диапазоне длин волн;
7. Полупрозрачность и гибкость [4].

В связи с описанными выше преимуществами солнечные элементы на основе ГОНП являются отлично альтернативой уже существующим солнечным элементам на основе кристаллического кремния за счет лучшего соотношения цены и качества, а также возможности их размещения на корпусах автомобилей, мобильных телефонов и крышах домов.

Структура такого солнечного элемента изображена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структура солнечного элемента на основе ГОНП

Непосредственно слой перовскита в самом общем случае представляет собой тонкую пленку метиламмония йодида свинца или метиламмония бромида свинца, который выступает донором электронов.

Образец полученного слоя гибридного органо-неорганического перовскита представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – Фотография образца стеклянных подложек с нанесенным на них покрытием ГОНП

Исследование полученных образцов c нанесенным на них слоем гибридного органо-неорганического перовскита проводилось с помощью сканирующего электронного микроскопа. На рисунке 3 представлено SEM – изображение, полученное с помощью данного микроскопа. Хорошо видно, что полученные покрытия являются плотными и равномерными по толщине [5].

Рисунок 3 – SEM – изображение образцов с нанесенным на них ГОНП

После проведения эксперимента было получено несколько образцов. Первые образцы получались полностью неоднородными и с плохой адгезией, что не может считаться удовлетворительным результатом, поскольку в таком случае КПД солнечных элементов на основе таких пленок гибридных органо-неорганических перовскитов будет варьироваться в пределах нуля, если они вообще будут работать.

Поэтому, применив дополнительные меры по очистке вытяжного шкафа и подобрав нужное соотношение веществ, получились образцы, обладающие лучшей адгезией. Что касается однородности, то как видно из рисунка 3, пленка имеет упорядоченную структуру, однако, ей еще далеко от идеальной. Однородность также может быть лучше. Связано это в первую очередь с тем, что химические вещества, используемые в данном эксперименте, обладают неудовлетворительной чистотой, поскольку получение абсолютно чистых веществ осложнено массой бюрократических процедур.

Тем не менее, было проведено измерение толщины пленки в зависимости от скорости центрифуги, поскольку толщина пленки ГОНП зависела только скорости вращении, т.к. растворитель был одной и той же вязкости (диметилформамид), а время вращения центрифуги неизменно составляло 20 секунд. Отношение толщины пленки от скорости вращения и времени вращения описаны в таблице 1.

Таблица 1 – Изменение толщины пленки от скорости вращения и времени вращения центрифуги

Оптимальная толщина пленки в 230 нм, была получена при скорости вращения 2000 об/мин [6]. Толщина пленки измерялась методом эллипсометрии на предприятии ОАО «НИИФИ».