Perkembangan ketara dalam teknologi fotovoltaik telah dituntut oleh pasukan penyelidik yang diketuai oleh Universiti Nanjing, dan bekerjasama dengan pengeluar sel solar Renshine Solar, kerana mereka telah mencipta modul solar perovskite dengan keluasan 810 cm² dan kecekapan menukar tenaga suria kepada elektrik sebanyak 24.0%. Keputusan ini telah disahkan oleh TÜV SÜD, dan ia merupakan rekod dunia dalam mencipta modul perovskit lebih daripada 800 cm² kawasan. Penemuan telah diterbitkan dalam jurnal "Nature."
Di Luar Makmal: Cabaran Skala
Sel suria perovskite telah lama memukau para penyelidik dengan peningkatan kecekapan pesat mereka-daripada hanya 3.8% pada tahun 2009 kepada lebih 25% dalam peranti berskala-makmal hari ini. Tetapi laluan dari sel makmal kecil ke modul besar yang berdaya maju secara komersial telah penuh dengan halangan. Apabila peranti meningkat, kecacatan berganda, salutan menjadi tidak sekata, dan kecekapan menurun. "Jurang skala" ini telah menjadi satu-satunya halangan terbesar untuk pengkomersilan perovskit.
Pasukan dari Universiti Nanjing akhirnya berjaya menempuh jarak ini. Modul mereka, berukuran 810 cm²; serupa dengan helaian kertas biasa, telah menghasilkan kecekapan rekod sebanyak 24.2% untuk modul yang diuji di bawah keadaan makmal, manakala pensijilan bebas mengesahkan kecekapan sebanyak 24.0%. Modul ini juga telah menunjukkan voltan litar-terbuka sebanyak 53.46 V, arus litar-pendek 0.436 A dan faktor isian sebanyak 83.40%. Semasa penjejakan titik kuasa maksimum berfungsi, output modul adalah stabil pada tahap 19.4 W.
Lebih mengagumkan lagi, pasukan itu merekacipta 150 modul dengan keluasan keseluruhan 0.72 m²-produk berskala meter-benar-mencapai output kuasa purata 144 W. Juara antara ini mencapai kecekapan diperakui 22.0% dan output 158.4 W, menetapkan satu rekod skala skala{{9}
Kejayaan Teknikal: Memikirkan Semula Pasif Permukaan
Apakah yang membolehkan pencapaian ini? Jawapannya terletak pada pemikiran semula yang bijak tentang pempasifan permukaan-proses merawat kecacatan pada sempadan lapisan perovskite yang memerangkap pembawa cas dan mempercepatkan penggabungan semula, merendahkan voltan dan arus yang boleh dikeluarkan oleh peranti daripada cahaya matahari.
Pempasifan konvensional bergantung pada ammonium halida (AHP), yang berfungsi dengan baik di makmal tetapi menjadi bermasalah pada skala. Apabila digabungkan dengan slot-lapisan mati-kaedah pemendapan berterusan yang digunakan untuk-kawasan pembuatan-AHP yang besar cenderung untuk mengagihkan secara tidak sekata, menyebabkan sesetengah kawasan-dirawat dan yang lain di bawah-pasif. Ia juga sensitif kepada kelembapan, biasanya memaksa pengeluar memproses modul skala meter-di dalam atmosfera lengai, menambahkan kerumitan dan kos peralatan.
Pasukan China mengambil pendekatan yang berbeza secara asasnya. Daripada bergantung pada pasif untuk mengimbangi permukaan yang tidak menguntungkan, mereka merekayasa kimia permukaan filem perovskitesebelum inimemasifkannya. Menggunakan sistem pelarut dengan tekanan wap tepu yang tinggi, mereka mengawal penghabluran filem untuk menghasilkan permukaan yang diperkaya secara semula jadi dalam formamidinium iodide (FAI). Mereka kemudian merawat permukaan tersuai itu dengan plumbum dioleat-karboksilat plumbum (LCP) yang stabil secara kimia-sebagai ganti ammonium halida konvensional.
Penemuan adalah revolusioner. Spektroskopi fotoelektron sinar-X-membuktikan kehadiran ikatan kimia di antara LCP dan permukaan kaya-FAI, manakala analisis photoluminescence menunjukkan bahawa hayat pembawa meningkat daripada 264 nanosaat kepada 706 nanosaat, bermakna perangkap pembawa menurun dengan ketara dan kualiti pempasifan bertambah baik dengan ketara. Berbeza dengan filem yang dirawat oleh AHP, yang mempamerkan pemendapan dan kecacatan yang tidak sekata pada skala makro, rawatan LCP menghasilkan filem hidrofobik berterusan yang dicirikan oleh ketahanan yang lebih baik terhadap kelembapan, haba dan sinaran UV.
Ketahanan: Sekeping Teka-teki yang Hilang
Kecekapan hanyalah separuh daripada cerita. Untuk mana-mana teknologi fotovoltaik berjaya secara komersial, ia mesti bertahan selama beberapa dekad-cuaca dunia sebenar. Di sini, pendekatan LCP memberikan hasil yang sama menariknya.
Dalam ujian standard Suruhanjaya Elektroteknikal Antarabangsa (IEC), modul -yang dirawat LCP menunjukkan daya tahan yang luar biasa. Selepas 1,300 jam pendedahan haba-lembap, modul LCP kehilangan hanya 2% daripada kecekapan awalnya-berbanding 39% untuk modul yang dirawat-AHP. Selepas 300 kitaran haba, kemerosotan adalah diabaikan. Selepas 2,200 jam penjejakan titik kuasa maksimum, modul mengekalkan 96% kecekapan awalnya. Mereka juga mengekalkan 95% prestasi awal selepas penuaan UV. Semua LCP-modul yang diubah suai melepasi suite ujian kebolehpercayaan IEC 61215 penuh-standard antarabangsa yang digunakan untuk melayakkan ketahanan modul fotovoltan daratan. Pemantauan lapangan menunjukkan output tenaga khusus mereka melebihi modul TOPCon silikon.
Mengapa Ini Penting untuk Industri Suria
Kejayaan ini membawa implikasi yang mendalam untuk industri solar global.
Pertama, ia menunjukkan bahawa fotovoltaik perovskit boleh dihasilkan menggunakan pemprosesan-udara ambien dan bukannya memerlukan persekitaran lengai yang dikawal rapi. Ini menghapuskan halangan kos utama kepada-pengeluaran skala industri.
Kedua, pendekatan ini menangani kepasifan-berbanding-perdagangan kekonduksian-yang telah lama mengehadkan faedah lapisan rawatan yang menyekat kecacatan-tulen. Dengan kedua-dua menyekat kecacatan elektronik dan meningkatkan pengangkutan pembawa merentas antara muka, strategi LCP mencapai apa yang dianggap mustahil oleh ramai: prestasi yang lebih baik pada skala yang lebih besar.
Ketiga, dan mungkin yang paling ketara, kejayaan pasukan pada meter-skala-dengan 150 modul yang dihasilkan dan diuji-membuktikan bahawa teknologi boleh diterjemahkan daripada sel penyelidikan kepada pembuatan-seni bina yang berkaitan. Seperti yang dinyatakan oleh penyelidik, keputusan mereka menunjukkan strategi pembuatan yang menggandingkan kimia permukaan yang direka bentuk secara sengaja dengan pendekatan-pasif yang serasi-ambien yang stabil yang boleh membantu merapatkan jurang antara sel perovskit makmal yang sangat dioptimumkan dan modul yang dibuat oleh salutan skala-industrial yang berterusan.
Jalan Hadapan
Pencapaian kecekapan 24% untuk modul perovskite-kawasan besar bukanlah titik akhir-ia adalah titik jalan. Pemerhati industri ambil perhatian bahawa dengan penghalusan berterusan, modul komersial 2–3 m² yang mencapai kecekapan 26% boleh dicapai. Sementara itu, tandem perovskite-silikon dan semua-perovskite tandem seni bina terus menolak sempadan, dengan beberapa konfigurasi sudah melebihi kecekapan 26% pada skala yang lebih kecil.
Apa yang telah dibuktikan oleh kerjasama Universiti Nanjing-Renshine Solar ialah fotovoltaik perovskit bukan lagi sekadar rasa ingin tahu makmal. Mereka menjadi realiti yang boleh dibuat, tahan lama dan semakin cekap. Ketika dunia berlumba-lumba untuk menyahkarbonkan sistem tenaganya, penemuan ini menawarkan peringatan yang kuat bahawa teknologi solar generasi akan datang tidak lagi tinggal beberapa dekad lagi-ia sedang dibina sekarang, satu rekod pada satu masa.
