یک پیشرفت قابل توجه در فناوری فتوولتائیک توسط تیمی از محققان به رهبری دانشگاه نانجینگ و همکاری با تولید کننده سلول های خورشیدی Renshine Solar ادعا شده است، زیرا آنها یک ماژول خورشیدی پروسکایت با مساحت 810 سانتی متر مربع و بازده تبدیل انرژی خورشیدی به برق 24.0٪ ایجاد کرده اند. این نتیجه توسط TÜV SÜD تأیید شده است و یک رکورد جهانی در ایجاد ماژول های پروسکایت با مساحت 800 سانتی متر مربع است. این یافته ها در مجله "Nature" منتشر شده است.
فراتر از آزمایشگاه: چالش مقیاس
سلولهای خورشیدی پروسکایت مدتهاست که محققان را با افزایش بازدهی سریع خود خیره کرده است-از تنها 3.8 درصد در سال 2009 به بیش از 25 درصد در دستگاههای آزمایشگاهی-در مقیاس امروزی. اما مسیر از یک سلول آزمایشگاهی کوچک به یک ماژول بزرگ تجاری قابل دوام، مملو از موانع بوده است. با بزرگ شدن دستگاهها، عیوب زیاد میشوند، پوششها ناهموار میشوند و راندمان کاهش مییابد. این "شکاف مقیاس" تنها بزرگترین مانع برای تجاری سازی پروسکایت بوده است.
تیم دانشگاه نانجینگ سرانجام این مسافت را با موفقیت طی کرد. ماژول آنها، به اندازه 810 سانتی متر مربع. مشابه یک کاغذ معمولی، بازدهی 24.2 درصدی را برای ماژول آزمایش شده در شرایط آزمایشگاهی ایجاد کرده است، در حالی که گواهینامه مستقل کارایی 24.0 درصد را تأیید کرده است. ماژول همچنین ولتاژ مدار باز 53.46 ولت، جریان مدار کوتاه 0.436 A و ضریب پر شدن 83.40% را نشان میدهد. در حالی که ردیابی نقطه حداکثر توان کار می کند، خروجی ماژول در سطح 19.4 وات پایدار است.
جالبتر اینکه این تیم 150 ماژول را با مساحت 0.72 متر مربع-محصول متر واقعی-مقیاس- ساخت که به میانگین توان خروجی 144 وات دست یافت. قهرمان در این میان به راندمان تأیید شده 22.0٪ و خروجی 158 W, بازدهی 158 متر رسید.
پیشرفت فنی: بازاندیشی غیرفعال سازی سطحی
چه چیزی این دستاورد را ممکن کرد؟ پاسخ در بازنگری هوشمندانه در مورد غیرفعال سازی سطحی-فرایند درمان عیوب در مرز لایه پروسکایت است که حامل های بار را به دام می اندازد و نوترکیب را تسریع می کند، ولتاژ و جریانی را که دستگاه می تواند از نور خورشید استخراج کند کاهش می دهد.
غیرفعال سازی متعارف به هالیدهای آمونیوم (AHP) متکی است که در آزمایشگاه به خوبی کار می کنند اما در مقیاس مشکل ساز می شوند. هنگامی که با اسلات-پوشش قالب-روش رسوب دهی پیوسته مورد استفاده برای-تولید منطقه بزرگ-ترکیب میشود، AHPها به طور نابرابر توزیع میشوند و برخی از مناطق را بیش از-درمان شده و برخی دیگر را کمتر{6}}غیرفعال میکنند. آنها همچنین به رطوبت حساس هستند و معمولاً تولیدکنندگان را مجبور میکنند که ماژولهای مقیاس متر را در اتمسفرهای خنثی پردازش کنند و به پیچیدگی و هزینه تجهیزات اضافه میکنند.
تیم چین اساساً رویکرد متفاوتی در پیش گرفت. آنها به جای تکیه بر غیرفعال کننده برای جبران سطح نامطلوب، شیمی سطح فیلم پروسکایت را مهندسی کردند.قبل ازمنفعل کردن آن آنها با استفاده از یک سیستم حلال با فشار بخار اشباع بالا، تبلور فیلم را برای تولید سطحی که به طور طبیعی با یدید فرمیدینیم (FAI) غنی شده بود، کنترل کردند. آنها سپس آن سطح مناسب را با دیولئات سرب-یک کربوکسیلات سرب پایدار از نظر شیمیایی (LCP)-به جای هالیدهای آمونیوم معمولی درمان کردند.
یافته ها انقلابی بود. طیفسنجی فوتوالکترون پرتو ایکس وجود پیوندهای شیمیایی را در بین LCP و سطح غنی FAI- اثبات کرد، در حالی که تجزیه و تحلیل فوتولومینسانس نشان داد که طول عمر حامل از 264 نانوثانیه به 706 نانوثانیه افزایش یافته است، به این معنی که به دام انداختن حامل کیفیت را بهطور قابلتوجهی بهبود میبخشد. بر خلاف فیلمهای تیمار شده با AHP، که رسوبات و عیوب ناهموار را در مقیاس ماکرو نشان میدهند، تیمار LCP منجر به فیلمهای آبگریز پیوسته میشود که با بهبود مقاومت در برابر رطوبت، گرما و تابش UV مشخص میشود.
دوام: قطعه گمشده پازل
بهره وری تنها نیمی از داستان است. برای موفقیت تجاری هر فناوری فتوولتائیک، باید دههها آب و هوای واقعی-جهان را تحمل کند. در اینجا، رویکرد LCP نتایج به همان اندازه قابل توجه ارائه کرد.
در تستهای استاندارد کمیسیون بینالمللی الکتروتکنیکی (IEC)، ماژولهای تحت درمان با LCP{0} انعطافپذیری قابلتوجهی نشان دادند. پس از 1300 ساعت قرار گرفتن در معرض رطوبت{4}}گرما، ماژولهای LCP فقط 2% از کارایی اولیه خود را از دست دادند-در مقایسه با 39% برای ماژولهای AHP{8}}. پس از 300 چرخه حرارتی، تخریب ناچیز بود. پس از 2200 ساعت ردیابی نقطه حداکثر توان، ماژول ها 96 درصد کارایی اولیه خود را حفظ کردند. آنها همچنین 95 درصد عملکرد اولیه را پس از پیری UV حفظ کردند. همه ماژولهای اصلاحشده LCP، مجموعه کامل تست قابلیت اطمینان IEC 61215{20}}استاندارد بینالمللی مورد استفاده برای واجد شرایط بودن دوام ماژولهای فتوولتائیک زمینی را گذراندهاند. نظارت میدانی نشان داد که انرژی خروجی ویژه آنها از ماژول های سیلیکونی TOPCon بیشتر است.
چرا این برای صنعت خورشیدی اهمیت دارد؟
این پیشرفت پیامدهای عمیقی برای صنعت خورشیدی جهانی دارد.
اول، نشان میدهد که فتوولتائیکهای پروسکایتی را میتوان با استفاده از پردازش هوای محیطی بهجای نیاز به محیطهای خنثی کنترلشده دقیق تولید کرد. این یک مانع عمده هزینه برای تولید صنعتی-را از بین می برد.
ثانیاً، این رویکرد به انفعال-در مقابل-تجارت رسانایی-میپردازد که مدتها مزیت لایههای درمان را مسدود میکند{3}}. استراتژی LCP با سرکوب عیوب الکترونیکی و افزایش حمل و نقل حامل در سراسر رابط، به چیزی دست می یابد که بسیاری غیرممکن می دانستند: عملکرد بهتر در مقیاس بزرگتر.
سوم، و شاید مهمترین، موفقیت تیم در مقیاس-مقیاس-با 150 ماژول تولید و آزمایش شده- ثابت میکند که این فناوری میتواند از سلولهای تحقیقاتی به ساخت{4}}معماریهای مرتبط ترجمه شود. همانطور که محققان خاطرنشان کردند، نتایج آنها یک استراتژی تولیدی را نشان میدهد که شیمی سطحی مهندسی شده عمدی را با یک-غیرفعال ساز سازگار{7}} پایدار و محیطی جفت میکند، رویکردی که میتواند به بستن شکاف بین سلولهای پروسکایت آزمایشگاهی بسیار بهینهشده و ماژولهای ساختهشده با پوشش صنعتی{8} پیوسته کمک کند.
جاده پیش رو
نقطه عطف بازده 24 درصدی برای-ماژولهای پروسکایت مساحت بزرگ، نقطه پایانی نیست- بلکه یک نقطه راه است. ناظران صنعت خاطرنشان می کنند که با اصلاح مداوم، ماژول های تجاری 2 تا 3 متر مربع که بازدهی 26٪ را به دست می آورند در دسترس هستند. در همین حال، معماریهای پشت سر هم پروسکایت-سیلیکون و همه-معماریهای پشت سر هم پروسکایت همچنان مرزها را پشت سر میگذارند، با برخی از پیکربندیها در حال حاضر در مقیاسهای کوچکتر بازدهی بیش از 26 درصد دارند.
چیزی که دانشگاه نانجینگ-همکاری Renshine Solar ثابت کرده است این است که فتوولتائیک پروسکایت دیگر فقط یک کنجکاوی آزمایشگاهی نیست. آنها در حال تبدیل شدن به واقعیتی قابل ساخت، بادوام و کارآمد هستند. در حالی که جهان برای کربن زدایی سیستمهای انرژی خود رقابت میکند، این پیشرفت یادآوری قدرتمندی است که نسل بعدی فناوری خورشیدی چند دهه دورتر نیست-که اکنون در حال ساخت است، یک رکورد در یک زمان.
