Perovskito moduliai pasiekė saulės parko mastą

Perovskitiniai saulės elementai jau ne vienus metus gerina efektyvumo rekordus mažuose laboratoriniuose bandiniuose, tačiau ant tikrų stogų vis dar montuojami silicio moduliai. Nanjing University vadovaujama komanda pagamino įprasto dydžio — 1,2 × 0,6 m — perovskitinius modulius. Geriausias jų bandymuose stabiliai išvystė 158,4 W (Nanjing University). Rugpjūčio 12 d. žurnale Nature paskelbtas tyrimas rodo, kad ši medžiaga gali išlaikyti efektyvumą ir tokio dydžio moduliuose, kokie tiktų saulės elektrinei (Paper).

Dydis kelia sunkumų dėl pačių elementų gamybos būdo. Perovskitinis elementas šviesą paverčia elektra plonu kristaliniu sluoksniu. Padengti mažą bandomąjį elementą — tarsi nudažyti pašto ženklą: nedideliame plote lengviau išgauti tolygią dangą. Modulį tenka dengti ant daug didesnio paviršiaus ir sujungti daugybę elementų juostelių. Kuo didesnis plotas, tuo daugiau atsiranda smulkių defektų.

Defektai mažina elektros gamybą. Kristalo pažeidimo vietoje dalis saulės šviesos išlaisvintų elektros krūvininkų prarandama, kol dar nespėja laidais virsti naudinga srove. Dideliame modulyje tokių vietų gali susikaupti tiek, kad jos pastebimai sumažintų jo galią.

Paviršiaus apdorojimas

Šiems nuostoliams mažinti chemikai taiko pasyvaciją — cheminį sluoksnio paviršiaus apdorojimą, kuris padeda sumažinti defektų poveikį. Tyrėjų teigimu, įprastos amonio halogenidų junginiais paremtos priemonės dideliame plote pasiskirsto netolygiai ir kaitinamos suyra. Vietoj jų komanda panaudojo švino dioleatą — švino turintį junginį, kuris, kaip nurodoma tyrime, sudaro stabilesnį paviršiaus sluoksnį ir mažina krūvininkų nuostolius (Paper). Tuomet šį metodą pritaikė gamindama tikrus modulius. Tyrime taip pat dalyvavo gamintoja Renshine Solar, Beijing Institute of Technology ir Kanados University of Victoria.

Kokią galią pasiekia įprasto dydžio modulis

Pradėkime nuo griežčiausiai apskaičiuoto rodiklio. Efektyvumas parodo, kokią dalį modulį pasiekiančios šviesos energijos jis paverčia elektra. 0,72 m² modulis pasiekė 22,0 % efektyvumą, skaičiuojant nuo viso jo ploto, įskaitant elektros negaminančius pakraščius ir laidų juosteles (Paper).

Tai nebuvo vienintelis sėkmingas bandinys. Komanda pagamino 150 didelių modulių, kurių vidutinė galia siekė 144 W. Tad 158 W rezultatas — geriausias visoje partijoje, o ne tipinio modulio rodiklis (Nanjing University).

Rekordinį efektyvumą pasiekė mažesnis modulis. Jo aktyviojo paviršiaus, neįskaitant neaktyvių pakraščių, plotas siekė 810 cm², o efektyvumas — 24,0 %. Šį rezultatą patvirtino bandymų bendrovė TÜV SÜD China (pv magazine). Kadangi skyrėsi ir modulių dydis, ir skaičiavimo metodas, 24,0 % ir 22,0 % rodiklių tiesiogiai lyginti negalima.

Perovskitinių elementų silpnoji vieta ilgą laiką buvo patvarumas: karštis ir drėgmė spartina jų irimą. Standartiniame „drėgno karščio“ bandyme, kuriame senėjimas paspartinamas 85 °C temperatūroje ir esant 85 % drėgmei, apdoroti moduliai po 1 300 valandų buvo praradę apie 2 % efektyvumo, praneša universitetas (Nanjing University). Universiteto duomenimis, senesne amonio junginių priemone apdorotų modulių efektyvumas tomis pačiomis sąlygomis sumažėjo apie 39 %. Tokie bandymai greitai atskleidžia silpnąsias vietas, tačiau neparodo, kaip modulis sens lauke per kelis dešimtmečius.

Pavasario palyginimas su siliciu

Komanda modulius išbandė ir lauke. Universiteto teigimu, toje pačioje ant žemės įrengtoje elektrinėje veikė 1 MW perovskitų sistema ir 3,5 MW komercinė silicio sistema (Nanjing University). Kadangi sistemos buvo skirtingo dydžio, lyginta per parą pagaminta elektra, tenkanti vienam įrengtosios galios vienetui.

Universiteto skaičiavimais, šiuo rodikliu perovskitų sistema silicio sistemą lenkė 3,42 % kovą, 3,79 % balandį ir 5,81 % 2026 m. gegužę. Šie skaičiai paremti universiteto pateiktais vienos vietos vieno pavasario duomenimis. Juos pakartojo ir tokie leidiniai kaip South China Morning Post, tačiau nepriklausomai jų nepatikrino.

Nanjing University komanda pagamino metro dydžio perovskitinių modulių partiją, pasiekė nepriklausomai patvirtintą efektyvumo rekordą ir bandymais parodė, kad paviršiaus apdorojimas smarkiai sulėtino žalą drėgno karščio sąlygomis. Ar šie moduliai per visą eksploatavimo laiką pagamins daugiau elektros nei silicio moduliai, paaiškės tik sukaupus kelerių metų lauko duomenis iš skirtingų klimato zonų ir paskelbus gamybos sąnaudų skaičiavimus. Tokius duomenis paskelbti geriausias galimybes turi Renshine ir jos partneriai.