BEIJING, 25. mars 2026– Rannsóknarteymi undir forystu prófessors Meng Qingbo við Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences (CAS), hefur náð nýjum áfanga á sviði þunnra-filmu ljósavirkja, með því að hækka vottaða orkubreytingarnýtni koparsinktinsúlfóseleníðs (CZTSSe) sólarrafrumna í 16,6%. Þetta er í tíunda skiptið sem teymið slær heimsmet á þessu sviði, undirstrikar alþjóðlega forystu Kína í næstu-kynslóð ljósvakatækni og gefur til kynna að CZTSSe hafi nú farið yfir mikilvæga þröskuldinn fyrir iðnvæðingu.
Þessi tímamótaframfarir eru hvernig heimurinn hefur þróast. Fyrir meira en 10 ára rannsóknir er CZTSSe efnilegt þunnt-filmuefni vegna þess að það er gert úr efnum sem finnast um allan heim, ódýrt og veldur engum skaða á umhverfinu (kopar, sink, tin, brennisteinn og selen). Hefðbundin þunnfilmutækni sem oft er notuð eru kadmíumtellúríð (CdTe) og koparindíumgallíumseleníð (CIGS); Hins vegar eru þessir þættir taldir vera annaðhvort mjög takmarkaðir að magni eða eitraðir umhverfinu, sem gerir rannsóknirnar á bak við CZTSSe að umhverfislega sjálfbærum valkosti fyrir bæði land-eða geimnotkun.
Að sigrast á áratug-langan flöskuháls
Þrátt fyrir eðlislæga kosti þess hefur þróun CZTSSe ljósvaka lengi verið takmörkuð af grundvallar vísindalegri áskorun. Sem fjöl-þáttaefnasamband er efnið viðkvæmt fyrir myndun flókinna galla, röskunlegt atómskipulag og verulegt innra orkutapi við kristöllun. Í næstum áratug stöðvuðu þessi mál skilvirkni.
Teymi prófessors Meng tók á þessari áskorun með því að takast kerfisbundið á helstu vísindaleg vandamál sem tengjast kristöllun efnis, atómbyggingu og gallastjórnun. Rannsakendur þróuðu nýstárlega „atómlausa stöðustefnu“ sem leiðir kopar- og sinkatóm í skipulögð fyrirkomulag, sem dregur í raun úr gallavirkni og innri orkuútbreiðslu við upptök þeirra.
Þessi stefna hefur skilað frábærum árangri á undanförnum árum, teymið hefur náð ótrúlegum framförum á síðustu 3 árum, þar á meðal fyrsta orkuframleiðandi tækið þeirra sem fór yfir 13% orkunýtni árið 2022. Síðan þá hafa þeir stöðugt endurbætt tækin sín með núverandi orkubreytingu sem hefur náð 16% nýtni á meðan þeir hafa lokið þróun smærri tækja og smíðað sveigjanlegar einingar. Árangur liðsins hefur nýlega verið nefndur einn af helstu vísinda- og tækniframförum í PV-iðnaðinum í Kína árið 2023 og er því eini umsækjandinn sem hlýtur verðlaun í þessum tveimur flokkum. Loks hafa fimm ritgerðir höfundar þessarar hóps í Nature Energy á árunum 2023 -2019 fengið útgáfur.
Farið yfir þröskuld iðnvæðingar
Samkvæmt þekktri þróunarferil þunnrar-filmu ljósavirkja er 15%–16% skilvirkni almennt talið nægjanlegt til að hefja hægfara iðnvæðingu. Önnur-kynslóð þunn-filmutækni eins og CdTe og CIGS fór í viðskiptaþróun eftir að hafa náð svipuðum áfanga skilvirkni rannsóknarstofu. Með vottaða skilvirkni upp á 16,6% og eðlislæga kosti þess hvað varðar stöðugleika, geislunarþol og gnægð efnis, hefur CZTSSe nú staðfastlega farið inn í áfanga hraðari notkunarsýningar og stigvaxandi þróunar.
Met skilvirkni-liðsins hefur stöðugt verið tekin með íTöflur um nýtni sólarselluunnin af alþjóðlegum ljósvakasérfræðingum ogBesta-rannsóknarkortið yfir frumuvirkniviðhaldið af US National Renewable Energy Laboratory (NREL).
Í átt að geim- og jarðorkuumsóknum
Þessi bylting er meira en nýr áfangi í rannsóknarstofunni; það er nýr áfangi fyrir sólarorkutækni vegna stórra verkfræðiverkefna sem gera nýjar kröfur til sólartækni. Einfaldlega sagt, þegar heimurinn umbreytist í hreinni orkugjafa og djúpgeimkönnun heldur áfram, krefjast meiriháttar verkfræðiverkefni (eins og gervihnattastjörnumerki á lágum jörðu (LEO) gervihnattastjörnum, sólarorku úr geimnum) meira af sólarorkutækni en nokkru sinni fyrr. Þetta hefur skapað strangar kröfur um sólarorkutækni, þar á meðal minni kostnað, lengri líftíma, léttari þyngd og sjálfbærar auðlindir. Einstök eignasamsetning CZTSSe gerir það að verkum að það passar frábærlega til að uppfylla allar þessar ströngu kröfur.
„Nýju þunnu-filmu sólarsellurnar sem við höfum þróað hafa marga kosti, þar á meðal mikið af hráefnum, litlum tilkostnaði, umhverfisvænni, efnafræðilegum stöðugleika og viðnám gegn geislun frá geimnum,“ sagði Shi Jiangjian, dósent við Eðlisfræðistofnunina, CAS, og meðlimur í teymi prófessors Meng. "Þessir eiginleikar munu gera stærri-skala, lægri-kostnað og fjölbreyttari notkun þunnra-filmuljósavirkja kleift, sem gefur fjölhæfari og samkeppnishæfari valkosti fyrir orkuframleiðslu á heimsvísu."
Ef CZTSSe tækniteymið getur náð skilvirkni upp á 20% og 18% OG áreiðanlega fjöldaframleiðslugetu fyrir frumur og einingar, í sömu röð, þá mun það vera í fullri samkeppnishæfni á markaði. Með léttum, sveigjanlegum og samanbrjótanlegum eiginleikum verður CZTSSe tæknin mikið notuð fyrir færanleg orkukerfi, farsíma aflgjafa, gervihnetti, sólarorkuvettvanga í geimnum og djúp-geimkönnunarleiðangra.
Kínverskt framlag til alþjóðlegrar framtíðar fyrir hreina orku
„Sjóndeildarhringur orkuframleiðslunnar er ekki lengur bundinn við yfirborð jarðar; við horfum nú í átt að orku sem byggir á geimnum-,“ bætti Shi Jiangjian við. „Tæknin okkar er í takt við 15. fimm-áraáætlun Kína og miðar að mikilvægum sviðum framtíðarinnar.“
Við munum halda áfram að styðja, auka grunnrannsóknir og styðja samstarfsaðila okkar til að efla tækni CZTSSe þar sem við vinnum öll saman að því að iðnvæða CZTSSe vörur. Þar sem heimurinn leitar að sjálfbærum lausnum til að leysa brýn orku- og loftslagsmál heimsins, teljum við að CZTSSe muni vera mikilvægt framlag til framtíðar fyrir hreina orku heimsins.
