Perovskiittipaneelit aurinkopuistojen kokoluokkaan

Perovskiittiaurinkokennoilla on tehty vuosia hyötysuhde-ennätyksiä pienissä laboratoriokokeissa, mutta katoilla on yhä piipaneeleita. Nanjingin yliopiston johtama ryhmä rakensi nyt tavallisen aurinkopaneelin kokoisia, 1,2 × 0,6 metrin perovskiittimoduuleja. Parhaan moduulin teho pysyi testissä vakaana 158,4 watissa (Nanjing University). Nature-lehdessä 12. elokuuta julkaistu tutkimus osoittaa, että materiaali säilyttää tehokkuutensa myös aurinkopuistoon sopivassa koossa (Paper).

Kokoon skaalaaminen on vaikeaa valmistustavan vuoksi. Perovskiittikenno muuntaa valon sähköksi hyvin ohuen kidekerroksen avulla. Pienen koepalan pinnoittaminen on kuin postimerkin maalaamista: lähes täydellinen pinta on mahdollinen. Paneelia varten laaja pinta on päällystettävä tasaisesti ja kytkettävä yhteen useita kennokaistaleita. Mitä suurempi pinta, sitä enemmän pieniä virheitä siihen voi tulla.

Virheistä syntyy energiahävikkiä. Auringonvalon vapauttamista sähkövarauksista osa katoaa kiteen virhekohdissa ennen kuin ne ehtivät johtimiin sähkövirraksi. Jos paneelissa on paljon tällaisia kohtia, menetetty osuus tuotannosta kasvaa tuntuvaksi.

Pinnan parempi käsittely

Hävikkiä vähennetään passivoinnilla eli pintaan tehtävällä kemiallisella käsittelyllä, joka tekee virheistä vähemmän haitallisia. Tutkijoiden mukaan tavanomaiset ammoniumhalideihin perustuvat käsittelyt leviävät suurilla pinnoilla epätasaisesti ja hajoavat kuumennettaessa. Ryhmä korvasi ne lyijyä sisältävällä lyijydioleaattiyhdisteellä. Tutkimuksen mukaan aine muodostaa vakaamman pintakerroksen ja vähentää sähkövarausten hävikkiä (Paper). Tutkimusryhmään kuuluivat myös valmistaja Renshine Solar, Beijing Institute of Technology ja Kanadan University of Victoria. Uutta käsittelyä kokeiltiin varsinaisissa moduuleissa.

Mitä täysikokoinen paneeli tuottaa

Vertailun tiukin luku on hyötysuhde: se kertoo, kuinka suuren osan paneeliin osuvasta valoenergiasta se muuntaa sähköksi. Koko 0,72 neliömetrin moduulin alalta mitattu hyötysuhde oli 22,0 %. Luku sisältää myös reunat ja kytkentäliuskat, jotka eivät tuota sähköä (Paper).

Tulos ei perustunut yhteen onnistuneeseen paneeliin. Ryhmä rakensi 150 suurta moduulia, joiden keskiteho oli 144 wattia. 158 watin huipputulos oli siis erän paras, ei tyypillinen.

Pienempi moduuli tuotti ennätyslukeman. Sen hyötysuhde oli 24,0 % aktiiviselta 810 neliösenttimetrin alueelta mitattuna; tehottomat reunat oli jätetty pois. Tulos on testausyritys TÜV SÜD Chinan vahvistama (pv magazine). Moduulin koko ja mittaustapa eroavat suuremman paneelin luvuista, joten 24,0 ja 22,0 prosenttia eivät ole suoraan vertailukelpoisia.

Perovskiittien heikkoutena on pitkään ollut kestävyys: lämpö ja kosteus haurastuttavat materiaalia. Kosteuslämpötestissä paneeleita pidetään 85 °C:ssa ja 85 prosentin ilmankosteudessa, mikä nopeuttaa ikääntymistä. Yliopiston mukaan käsiteltyjen moduulien hyötysuhde laski noin 2 % 1 300 tunnin jälkeen (Nanjing University). Vanhemmalla ammoniumkäsittelyllä varustettujen moduulien hyötysuhde laski yliopiston mukaan samoissa oloissa noin 39 %. Tällainen koe paljastaa heikkouksia nopeasti, mutta ei kerro, miten paneeli ikääntyy ulkona vuosikymmenten aikana.

Keväinen vertailu piin rinnalla

Ryhmä kokeili paneeleita myös ulkona. Yliopiston mukaan yhden megawatin perovskiittijärjestelmä toimi samalla maahan asennetulla aurinkovoimalalla kuin 3,5 megawatin kaupallinen piijärjestelmä (Nanjing University). Koska järjestelmien koko erosi, vertailussa tarkasteltiin päivittäistä sähköntuotantoa suhteessa asennettuun tehoon.

Yliopiston mukaan perovskiittijärjestelmä tuotti kapasiteettiyksikköä kohti 3,42 % enemmän sähköä maaliskuussa, 3,79 % huhtikuussa ja 5,81 % toukokuussa 2026. Luvut perustuvat yliopiston omaan selvitykseen yhdestä voimalasta yhden kevään ajalta. Muun muassa South China Morning Post julkaisi ne ilman riippumatonta tarkistusta.

Nanjingin ryhmä rakensi erän metrin mittakaavan perovskiittimoduuleja, sai ennätyshyötysuhteelle riippumattoman vahvistuksen ja osoitti pintakäsittelyn hidastavan kostean lämmön aiheuttamaa vauriota testeissä. Se, tuottavatko paneelit elinkaarensa aikana enemmän sähköä kuin piipaneelit, selviää vasta vuosien ulkokäyttöä koskevista tuotantotiedoista useista ilmastoista ja tiedoista tehdastuotannon kustannuksista. Renshine kumppaneineen on parhaassa asemassa julkaisemaan nämä tiedot.