Hópur vísindamanna undir forystu Nanjing háskólans og í samstarfi við sólarselluframleiðandann Renshine Solar hefur haldið fram athyglisverðri þróun í ljósatækni, þar sem þeir hafa búið til perovskite sólareiningu með flatarmáli 810 cm² og skilvirkni þess að breyta sólarorku í rafmagn upp á 24,0%. Þessi niðurstaða hefur verið staðfest af TÜV SÜD og hún er heimsmet í að búa til perovskites einingar yfir 800 cm² að flatarmáli. Niðurstöðurnar hafa verið birtar í tímaritinu "Nature."
Beyond the Laboratory: The Scale Challenge
Perovskite sólarsellur hafa lengi heillað vísindamenn með hröðum hagkvæmni-frá aðeins 3,8% árið 2009 í yfir 25% í tækjum á rannsóknarstofu-í dag. En leiðin frá pínulitlum rannsóknarstofu að stórri einingu sem er hagkvæmur í atvinnuskyni hefur verið fullur af hindrunum. Þegar tæki stækka fjölga gallar, húðun verður ójöfn og skilvirkni minnkar. Þetta „skalabil“ hefur verið einn stærsti hindrunin fyrir markaðssetningu peróskíta.
Liðið frá Nanjing háskólanum hefur loksins farið þessa vegalengd með góðum árangri. Einingin þeirra, mælist 810 cm²; svipað og venjulegt blað, hefur skilað metnýtni upp á 24,2% fyrir eininguna sem prófuð var við rannsóknarstofuaðstæður, en óháða vottunin staðfesti skilvirkni upp á 24,0%. Einingin hefur einnig sýnt 53,46 V opna-hringrásarspennu, 0,436 A skammhlaupsstraum og 83,40% fyllingarstuðul. Á meðan hámarksaflsmæling er að virka er framleiðsla einingarinnar stöðug á stigi 19,4 W.
Jafnvel meira tilkomumikið, liðið framleiddi 150 einingar með heildarflatarmáli 0,72 m²-sönn metra-mælikvarða-sem náði meðalafli upp á 144 W. Meistarinn á meðal þeirra náði vottuðu skilvirkni upp á 22,0% og afköst upp á 158,4 metra{9} skilvirknimet{9}}.
Tæknilega byltingin: Að endurhugsa yfirborðsaðgerðir
Hvað gerði þetta afrek mögulegt? Svarið liggur í snjöllri endurhugsun á yfirborðsaðgerðaraðgerðum-ferlinu við að meðhöndla galla á mörkum peróskítlagsins sem fanga hleðslubera og flýta fyrir endursamsetningu, lækka spennu og straum sem tæki getur dregið úr sólarljósi.
Hefðbundin aðgerðaleysi byggir á ammóníumhalíðum (AHP), sem virka vel á rannsóknarstofunni en verða erfið í mælikvarða. Þegar hún er sameinuð með rifa-deygjuhúð-samfelldu útfellingaraðferðin sem notuð er við stóra-framleiðslu-hafa AHP tilhneigingu til að dreifast ójafnt, sem gerir sum svæði yfir-meðhöndluð og önnur undir-óvirkjuð. Þær eru einnig viðkvæmar fyrir raka, og neyða venjulega framleiðendur til að vinna úr -mælikvarðaeiningum í óvirku andrúmslofti, sem eykur flókið búnað og kostnað.
Kínverska liðið tók í grundvallaratriðum aðra nálgun. Í stað þess að treysta á passivator til að bæta upp fyrir óhagstætt yfirborð, hönnuðu þeir yfirborðsefnafræði perovskítfilmunnaráðurpassivera það. Með því að nota leysikerfi með háum mettunargufuþrýstingi stjórnuðu þeir kristöllun filmunnar til að framleiða yfirborð sem er náttúrulega auðgað í formamidinium jodide (FAI). Þeir meðhöndluðu síðan þetta sérsniðna yfirborð með blýdíólati-efnafræðilega stöðugu blýkarboxýlati (LCP)-í stað hefðbundinna ammóníumhalíða.
Niðurstöðurnar voru byltingarkenndar. Röntgenljósrófsgreining sannaði tilvist efnatengja á milli LCP og FAI-ríkra yfirborðsins, en ljósgeislunargreining sýndi að endingartími burðarefnis jókst úr 264 nanósekúndum í 706 nanósekúndur, sem þýðir að burðarfangið minnkaði umtalsvert og aðgerðargæðin batnaði verulega. Öfugt við filmurnar sem meðhöndlaðar voru með AHP, sem sýndu ójafna útfellingu og galla á stórum mælikvarða, leiddi LCP meðferðin til samfelldra vatnsfælina kvikmynda sem einkenndust af bættri viðnám gegn raka, hita og UV geislun.
Ending: The Missing Piece of the Puzzle
Hagkvæmni er aðeins hálf sagan. Til þess að ljóseindatækni nái árangri í viðskiptalegum tilgangi verður hún að þola áratuga raunverulegt veður í-heiminum. Hér skilaði LCP nálgunin jafn sláandi árangri.
Í staðalprófum Alþjóða raftækniráðsins (IEC) sýndu LCP-meðhöndlaðir einingar ótrúlega seiglu. Eftir 1.300 klukkustundir af raka-hita, misstu LCP-einingar aðeins 2% af upphaflegri skilvirkni-samanborið við 39% fyrir AHP-meðhöndlaðar einingar. Eftir 300 hitalotur var niðurbrot hverfandi. Eftir 2.200 klukkustundir af hámarksaflsmælingu héldu einingarnar 96% af upphaflegri skilvirkni. Þeir héldu einnig 95% af upphaflegri frammistöðu eftir UV öldrun. Allar LCP-breyttar einingar stóðust fulla IEC 61215 áreiðanleikaprófunarsvítuna-þann alþjóðlega staðal sem notaður er til að hæfa endingu jarðneskra ljóseindaeininga. Vöktun á vettvangi sýndi að sérstakur orkuframleiðsla þeirra var meiri en hjá TOPCon kísileiningum.
Hvers vegna þetta skiptir máli fyrir sólariðnaðinn
Þessi bylting hefur djúpstæð áhrif á sólarorkuiðnaðinn á heimsvísu.
Í fyrsta lagi sýnir það fram á að hægt er að framleiða perovskite ljósvökva með því að nota umhverfis-loftvinnslu frekar en að krefjast strangt stjórnaðs óvirku umhverfi. Þetta fjarlægir stóra kostnaðarhindrun fyrir framleiðslu í -stærð.
Í öðru lagi fjallar aðferðin um óvirka-á móti-leiðniviðskiptum-sem hefur lengi takmarkað ávinninginn af eingöngu galla-lokandi meðferðarlögum. Með því að bæla bæði rafeindagalla og auka flutning flutningsaðila yfir viðmótið nær LCP stefnan því sem margir töldu ómögulegt: betri frammistöðu á stærri skala.
Í þriðja lagi, og kannski mikilvægast, sannar árangur liðsins á metra-mælikvarða-með 150 einingar framleiddar og prófaðar- að hægt er að þýða tæknina úr rannsóknarfrumum yfir í framleiðslu-viðeigandi arkitektúra. Eins og rannsakendur tóku fram, sýna niðurstöður þeirra framleiðsluaðferð sem parar vísvitandi verkfræðilega yfirborðsefnafræði við stöðugan, -samhæfðan passivator-nálgun sem gæti hjálpað til við að loka bilinu á milli mjög fínstilltra rannsóknarstofu peróskítfrumna og eininga sem eru gerðar með samfelldri, iðnaðar-skala húðun.
Leiðin framundan
24% skilvirkni áfangi fyrir stór-svæði perovskite einingar er ekki endapunktur-það er leiðarpunktur. Athugasemdir í iðnaði taka fram að með áframhaldandi betrumbót eru 2–3 m² viðskiptaeiningar sem ná 26% skilvirkni innan seilingar. Á sama tíma halda tandem perovskite-kísill og allur-perovskite tandem arkitektúr áfram að ýta mörkum, með sumar stillingar sem fara nú þegar yfir 26% skilvirkni í smærri mælikvarða.
Það sem Nanjing háskólinn-Renshine Solar samstarfið hefur sannað er að perovskite ljósvökvi eru ekki lengur bara forvitni á rannsóknarstofu. Þau eru að verða framleiðanleg, varanlegur og sífellt skilvirkari veruleiki. Þar sem heimurinn keppir við að kolefnislosa orkukerfi sín gefur þessi bylting öfluga áminningu um að næsta kynslóð sólartækni er ekki áratugum í burtu-það er verið að byggja hana núna, eitt met í einu.
