Τα πάνελ περοβσκίτη φτάνουν σε πλήρες μέγεθος

Για χρόνια, τα φωτοβολταϊκά στοιχεία περοβσκίτη πετύχαιναν ρεκόρ απόδοσης σε μικρά εργαστηριακά δείγματα, ενώ στις στέγες εξακολουθούσαν να κυριαρχούν τα πάνελ πυριτίου. Τώρα, ομάδα με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο της Ναντζίνγκ κατασκεύασε φωτοβολταϊκές μονάδες περοβσκίτη στο μέγεθος ενός συνηθισμένου πάνελ, 1,2 επί 0,6 μέτρα. Η καλύτερη διατήρησε σταθερή ισχύ 158,4 βατ στις δοκιμές. Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Nature στις 12 Αυγούστου, δείχνει ότι το υλικό μπορεί να διατηρήσει την απόδοσή του και σε μέγεθος κατάλληλο για χρήση σε φωτοβολταϊκό πάρκο (μελέτη).

Η κλιμάκωση είναι δύσκολη λόγω του τρόπου κατασκευής των στοιχείων. Ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο περοβσκίτη μετατρέπει το φως σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω ενός πολύ λεπτού κρυσταλλικού στρώματος. Η επίστρωση ενός μικρού δοκιμαστικού στοιχείου μοιάζει με το βάψιμο ενός γραμματοσήμου, όπου είναι εφικτό ένα σχεδόν τέλειο αποτέλεσμα. Για να κατασκευαστεί πάνελ, όμως, πρέπει να επικαλυφθεί ομοιόμορφα πολύ μεγαλύτερη επιφάνεια και να συνδεθούν μεταξύ τους πολλές λωρίδες φωτοβολταϊκών στοιχείων. Όσο μεγαλώνει η επιφάνεια, τόσο αυξάνονται και οι μικρές ατέλειες.

Οι ατέλειες αυτές μειώνουν την παραγόμενη ενέργεια. Στα σημεία όπου υπάρχει ατέλεια στον κρύσταλλο, μέρος του ηλεκτρικού φορτίου που απελευθερώνει το ηλιακό φως χάνεται προτού φτάσει στα καλώδια ως αξιοποιήσιμο ρεύμα. Σε ένα μεγάλο πάνελ, πολλά τέτοια σημεία μπορούν να μειώσουν αισθητά την παραγωγή.

Καλύτερη επεξεργασία της επιφάνειας

Οι χημικοί περιορίζουν αυτές τις απώλειες με την παθητικοποίηση, μια χημική επεξεργασία της επιφάνειας που μειώνει την επίδραση των ατελειών. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι οι συνήθεις επεξεργασίες, οι οποίες βασίζονται σε αλογονίδια του αμμωνίου, δεν κατανέμονται ομοιόμορφα σε μεγάλες επιφάνειες και αποσυντίθενται όταν θερμανθούν. Τις αντικατέστησαν με διολεϊκό μόλυβδο, μια ένωση που περιέχει μόλυβδο και, σύμφωνα με τη μελέτη, σχηματίζει σταθερότερο επιφανειακό στρώμα, περιορίζοντας την απώλεια φορτίου (μελέτη). Η ομάδα, στην οποία συμμετείχαν η κατασκευάστρια εταιρεία Renshine Solar, το Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Πεκίνου και το Πανεπιστήμιο της Βικτόρια στον Καναδά, δοκίμασε στη συνέχεια τη μέθοδο σε πραγματικές φωτοβολταϊκές μονάδες.

Τι αποδίδει ένα πάνελ πλήρους μεγέθους

Ας ξεκινήσουμε από τον αυστηρότερο δείκτη. Η απόδοση δείχνει ποιο ποσοστό της προσπίπτουσας ηλιακής ενέργειας μετατρέπεται σε ηλεκτρική. Η μονάδα επιφάνειας 0,72 τετραγωνικών μέτρων έφτασε σε απόδοση 22,0 τοις εκατό σε ολόκληρη την επιφάνειά της, μαζί με τα περιθώρια και τις λωρίδες καλωδίωσης, που δεν παράγουν ενέργεια (μελέτη).

Το αποτέλεσμα δεν προήλθε από ένα μόνο ευνοϊκό δείγμα. Η ομάδα κατασκεύασε 150 μεγάλες μονάδες, με μέση ισχύ 144 βατ, επομένως το πάνελ των 158 βατ ήταν το καλύτερο της παρτίδας και όχι η τυπική επίδοση (Πανεπιστήμιο της Ναντζίνγκ).

Το ρεκόρ που συγκέντρωσε την προσοχή προήλθε από μικρότερη μονάδα. Έφτασε σε απόδοση 24,0 τοις εκατό σε άνοιγμα 810 τετραγωνικών εκατοστών, δηλαδή στην ενεργή επιφάνεια αφού αφαιρεθούν τα ανενεργά περιθώρια. Το αποτέλεσμα πιστοποιήθηκε από τον φορέα δοκιμών TÜV SÜD China (pv magazine). Επειδή διαφέρουν τόσο το μέγεθος της μονάδας όσο και ο τρόπος μέτρησης, οι επιδόσεις 24,0 και 22,0 τοις εκατό δεν συγκρίνονται άμεσα.

Η αντοχή στη φθορά αποτελεί εδώ και καιρό αδύναμο σημείο των περοβσκιτών, που υποβαθμίζονται με τη ζέστη και την υγρασία. Σε μια τυπική δοκιμή «υγρής θερμότητας», η οποία επιταχύνει τη γήρανση διατηρώντας τα πάνελ στους 85 βαθμούς Κελσίου και σε σχετική υγρασία 85 τοις εκατό, το Πανεπιστήμιο αναφέρει ότι οι μονάδες με την επεξεργασία έχασαν περίπου 2 τοις εκατό της απόδοσής τους έπειτα από 1.300 ώρες (Πανεπιστήμιο της Ναντζίνγκ). Σύμφωνα με το Πανεπιστήμιο, οι μονάδες με την παλαιότερη επεξεργασία αμμωνίου έχασαν περίπου 39 τοις εκατό στις ίδιες συνθήκες. Τέτοιες δοκιμές αποκαλύπτουν γρήγορα αδυναμίες, αλλά δεν δείχνουν πώς θα γεράσει ένα πάνελ σε εξωτερικό χώρο μέσα σε δεκαετίες.

Μια ανοιξιάτικη δοκιμή δίπλα στο πυρίτιο

Η ομάδα δοκίμασε τα πάνελ και σε εξωτερικό χώρο. Σύμφωνα με το Πανεπιστήμιο, σύστημα περοβσκίτη ισχύος ενός μεγαβάτ λειτούργησε στο ίδιο επίγειο φωτοβολταϊκό πάρκο με εμπορικό σύστημα πυριτίου ισχύος 3,5 μεγαβάτ (Πανεπιστήμιο της Ναντζίνγκ). Καθώς τα δύο συστήματα είχαν διαφορετικό μέγεθος, η σύγκριση βασίστηκε στην ημερήσια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ανά μονάδα εγκατεστημένης ισχύος.

Με αυτό το μέτρο, το σύστημα περοβσκίτη είχε, σύμφωνα με το Πανεπιστήμιο, υψηλότερη παραγωγή κατά 3,42 τοις εκατό τον Μάρτιο, 3,79 τοις εκατό τον Απρίλιο και 5,81 τοις εκατό τον Μάιο του 2026. Τα στοιχεία προέρχονται από την παρουσίαση του ίδιου του Πανεπιστημίου για μία εγκατάσταση και μία ανοιξιάτικη περίοδο. Μέσα όπως η South China Morning Post τα αναπαρήγαγαν χωρίς ανεξάρτητη επαλήθευση.

Η ομάδα της Ναντζίνγκ έχει παρουσιάσει συγκεκριμένα αποτελέσματα: παρήγαγε μια σειρά φωτοβολταϊκών μονάδων μεγέθους εμπορικού πάνελ, πέτυχε πιστοποιημένο ρεκόρ απόδοσης και, στις δοκιμές της, περιόρισε σημαντικά τη φθορά από την υγρή θερμότητα με την επεξεργασία της επιφάνειας. Για να αποδειχθεί ότι τα πάνελ αυτά παράγουν περισσότερη ενέργεια από τα πάνελ πυριτίου σε όλη τη διάρκεια ζωής τους, χρειάζονται πολυετή στοιχεία παραγωγής από εξωτερικές εγκαταστάσεις σε διαφορετικά κλίματα, καθώς και στοιχεία για το κόστος παραγωγής στα εργοστάσια. Η Renshine και οι συνεργάτες της είναι εκείνοι που μπορούν να δημοσιεύσουν αυτά τα δεδομένα.