Perovskīta paneļi sasniedz saules parka mērogu

Gadiem ilgi perovskītu saules elementi efektivitātes rekordus sasniedza tikai mazos laboratorijas paraugos, kamēr uz īstiem jumtiem joprojām dominēja silīcija paneļi. Tagad Nanjing University vadīta pētnieku grupa izgatavojusi perovskītu moduļus parasta saules paneļa izmērā — 1,2 × 0,6 m. Testos jaudīgākais no tiem stabili nodrošināja 158,4 W (Nanjing University). Pētījums, kas 12. augustā publicēts žurnālā Nature, rāda, ka materiāls var saglabāt augstu efektivitāti arī saules elektrostacijām piemērotā izmērā (pētījums).

Mērogošanu apgrūtina pati elementu izgatavošana. Perovskīta elements gaismu pārvērš elektrībā ar ļoti plānas kristāliskas kārtas palīdzību. Pārklāt mazu paraugu ir kā nokrāsot pastmarku — gandrīz nevainojamu pārklājumu panākt ir iespējams. Lielam panelim pārklājums vienmērīgi jāuzklāj uz daudz plašākas virsmas un jāsavieno daudzas elementu joslas. Jo lielāks laukums, jo vairāk rodas sīku defektu.

Defekti samazina saražoto enerģiju. Kristāla bojājuma vietā daļa no gaismas iedarbībā atbrīvotajiem lādiņnesējiem zūd, pirms tie pa vadiem nonāk kā lietderīga strāva. Lielā panelī šādu vietu ir daudz, un kopējais zudums kļūst jūtams.

Virsmas apstrāde mazina zudumus

Ķīmiķi šos zudumus mazina ar pasivāciju — virsmas ķīmisku apstrādi, kas samazina defektu ietekmi. Pētnieki norāda, ka ierastās metodes, kurās izmanto amonija halogenīdu savienojumus, lielā laukumā klājas nevienmērīgi un karstumā noārdās. To vietā pētnieki izmantoja svina dioleātu. Pēc pētījuma autoru teiktā, šis svinu saturošais savienojums veido stabilāku virsmas slāni un mazina lādiņa zudumu (pētījums). Pēc tam komanda pārbaudīja metodi īstos moduļos. Tajā bija arī ražotājs Renshine Solar, Beijing Institute of Technology un Kanādas University of Victoria.

Ko dod pilna izmēra panelis

Sāksim ar stingrāko mērījumu. Efektivitāte rāda, kāda daļa no saules gaismas enerģijas pārvēršas elektrībā. 0,72 m² modulis sasniedza 22,0 % efektivitāti, rēķinot pret visu tā laukumu, ieskaitot apmales un savienojumu joslas, kas elektrību neražo (pētījums).

Tas nebija viens veiksmīgs eksemplārs: komanda izgatavoja 150 lielos moduļus, kuru vidējā jauda bija 144 W. Tātad rekordists ar 158,4 W bija labākais partijā, nevis tipisks modulis (Nanjing University).

Augstāko efektivitāti sasniedza mazāks modulis. Tā rādītājs bija 24,0 % no 810 cm² aktīvā laukuma, kas paliek pēc neaktīvo malu atskaitīšanas. Rezultātu apstiprināja testēšanas uzņēmums TÜV SÜD China (pv magazine). Tā kā atšķiras gan moduļu izmēri, gan mērīšanas metodika, 24,0 % un 22,0 % nav tieši salīdzināmi.

Perovskītu vājā vieta ilgi bijusi izturība: karstums un mitrums paātrina materiāla degradāciju. Standarta „mitrā karstuma” testā paneļus tur 85 °C temperatūrā un 85 % mitrumā, lai paātrinātu novecošanu. Nanjing University ziņo, ka apstrādāto moduļu efektivitāte pēc 1 300 stundām bija samazinājusies par aptuveni 2 % (Nanjing University). Pēc universitātes datiem, moduļi ar vecāko amonija apstrādi tādos pašos apstākļos zaudēja aptuveni 39 % efektivitātes. Šādi testi ātri atklāj vājos punktus, taču neparāda, kā panelis novecos ārā vairāku desmitgažu laikā.

Pavasara salīdzinājums ar silīciju

Komanda paneļus izmēģināja arī ārā. Nanjing University ziņo, ka 1 MW perovskītu sistēma darbojās tajā pašā uz zemes izvietotajā saules parkā, kur 3,5 MW komerciālā silīcija sistēma (Nanjing University). Tā kā iekārtu jauda atšķīrās, salīdzināja dienā saražoto elektroenerģiju uz katru uzstādītās jaudas vienību.

Pēc šī rādītāja perovskītu sistēma martā pārspēja silīcija sistēmu par 3,42 %, aprīlī — par 3,79 % un maijā — par 5,81 %, norāda universitāte. Tie ir universitātes dati par vienu objektu viena pavasara laikā. Arī tādi mediji kā South China Morning Post šos skaitļus pārpublicēja, taču tos neatkarīgi nepārbaudīja.

Nanjing University komanda parādījusi konkrētus rezultātus: izgatavojusi metra mēroga perovskītu moduļu partiju, ieguvusi sertificētu efektivitātes rekordu un testos būtiski palēninājusi bojāšanos mitrā karstumā ar virsmas apstrādes palīdzību. Lai pierādītu, ka šie paneļi visā kalpošanas laikā saražo vairāk enerģijas nekā silīcija paneļi, būs vajadzīgi vairāku gadu ražības dati no dažādiem klimatiskajiem apstākļiem, kā arī rūpnīcas izmaksu dati. Šos datus vislabāk varēs publicēt Renshine un tā partneri.