PEKINA, 2026. gada 25. marts– Ķīnas Zinātņu akadēmijas (CAS) Fizikas institūta profesora Menga Cjingbo vadītā pētnieku grupa ir sasniegusi jaunu pavērsienu plānās -plēves fotoelementu jomā, paaugstinot vara cinka alvas sulfoselenīda (CZTSSe) saules bateriju sertificēto enerģijas pārveidošanas efektivitāti līdz 16,6%. Šī komanda desmito reizi pārspēj pasaules rekordu šajā jomā, uzsverot Ķīnas globālo vadošo lomu nākamās-paaudzes fotoelektriskās tehnoloģijas jomā un norādot, ka CZTSSe tagad ir pārkāpis industrializācijas kritisko slieksni.
Šis revolucionārais progress ir veids, kā pasaule ir attīstījusies. Vairāk nekā 10 gadu pētījumiem CZTSSe ir daudzsološs plānās-plēves materiāls, jo tas ir izgatavots no materiāliem, kas ir atrodami visā pasaulē, ir lēti un nerada kaitējumu videi (varš, cinks, alva, sērs un selēns). Tradicionālās plānās kārtiņas tehnoloģijas, ko bieži izmanto, ietver kadmija telurīdu (CdTe) un vara indija gallija selenīdu (CIGS); tomēr tiek uzskatīts, ka šie elementi ir ļoti ierobežotā daudzumā vai ir toksiski videi, tāpēc CZTSSe pētījumi ir videi ilgtspējīga alternatīva gan sauszemes, gan kosmosa lietojumiem.
Desmitgades{0}}ieilguma pārvarēšana
Neskatoties uz tā raksturīgajām priekšrocībām, CZTSSe fotoelementu attīstību jau sen ierobežo fundamentāls zinātnisks izaicinājums. Tā kā materiāls ir daudzelementu savienojums, tas ir pakļauts sarežģītu defektu veidošanās procesam, nesakārtotam atomu izvietojumam un ievērojamiem iekšējiem enerģijas zudumiem kristalizācijas laikā. Gandrīz desmit gadus šīs problēmas noveda pie efektivitātes uzlabojumiem.
Profesora Menga komanda pievērsās šim izaicinājumam, sistemātiski risinot galvenās zinātniskās problēmas, kas saistītas ar materiālu kristalizāciju, atomu struktūru un defektu kontroli. Pētnieki izstrādāja novatorisku "atomu vakances stratēģiju", kas vada vara un cinka atomus sakārtotos izkārtojumos, efektīvi samazinot defektu aktivitāti un iekšējās enerģijas izkliedi to avotā.
Šī stratēģija pēdējos gados ir devusi lieliskus rezultātus, komanda pēdējo 3 gadu laikā ir sasniegusi neticami lielu progresu, tostarp pirmo enerģijas ražošanas ierīci, kuras energoefektivitāte pārsniedz 13% 2022. gadā. Kopš tā laika viņi ir konsekventi uzlabojuši savas ierīces, pašreizējā enerģijas pārveide sasniedzot 16% efektivitāti, vienlaikus pabeidzot mazāku ierīču izstrādi un veidojot elastīgos moduļus. Komandas sasniegumi nesen tika nosaukti par vienu no galvenajiem zinātniskajiem un tehnoloģiskajiem sasniegumiem PV nozarē Ķīnā 2023. gadā, un tāpēc tā ir vienīgā pretendente, kas tiks apbalvota šajās divās kategorijās. Visbeidzot, ir publicēti pieci raksti, ko šī grupa ir sarakstījusi žurnālā Nature Energy 2023 -2019 gados.
Industrializācijas sliekšņa šķērsošana
Saskaņā ar izveidoto plānās{0}plēves fotoelementu attīstības trajektoriju 15–16% efektivitātes diapazons parasti tiek uzskatīts par pietiekamu, lai uzsāktu pakāpenisku industrializāciju. Otrās -paaudzes plānās- plēves tehnoloģijas, piemēram, CdTe un CIGS, sāka komerciāli attīstīties pēc tam, kad tika sasniegti līdzīgi laboratorijas efektivitātes pavērsieni. Ar sertificētu 16,6% efektivitāti un tā raksturīgajām priekšrocībām stabilitātes, starojuma izturības un materiālu pārpilnības jomā, CZTSSe tagad ir stingri iegājis paātrinātas pielietojuma demonstrēšanas un mērogotas izstrādes fāzē.
Komandas rekordu{0}}uzlabotā efektivitāte ir pastāvīgi iekļautaSaules elementu efektivitātes tabulasapkopojuši starptautiski fotoelementu eksperti unLabākais pētījums-Šūnu efektivitātes diagrammako uztur ASV Nacionālā atjaunojamās enerģijas laboratorija (NREL).
Ceļā uz kosmosa un zemes enerģijas lietojumiem
Šis sasniegums ir vairāk nekā jauns pavērsiens laboratorijā; tas ir jauns pavērsiens saules enerģijas tehnoloģijā, pateicoties lieliem inženiertehniskajiem projektiem, kas izvirza jaunas prasības saules tehnoloģijām. Vienkārši sakot, pasaulei pārejot uz tīrākiem enerģijas avotiem un dziļas kosmosa izpētei turpinoties, lieli inženiertehniskie projekti (piemēram, zemas orbītas (LEO) satelītu zvaigznāji, saules enerģija no kosmosa) pieprasa vairāk saules enerģijas tehnoloģiju nekā jebkad agrāk. Tas ir radījis stingras prasības saules enerģijas tehnoloģijām, tostarp zemākām izmaksām, ilgāku kalpošanas laiku, vieglāku svaru un ilgtspējīgiem resursiem. CZTSSe unikālā īpašumu kombinācija padara to lieliski piemērotu visu šo stingro prasību izpildei.
"Mūsu izstrādātajām jaunajām-plānas plēves saules baterijām ir vairākas priekšrocības, tostarp bagātīgs izejmateriāls, zemas izmaksas, videi draudzīgums, ķīmiskā stabilitāte un izturība pret kosmosa starojumu," sacīja Ši Dzjandzjans, Fizikas institūta (CAS) asociētais pētnieks un profesora Menga komandas loceklis. "Šie atribūti nodrošinās plašāku-apmēru, zemākas-maksas un daudzveidīgākus plānās-plēves fotoelementu pielietojumus, nodrošinot daudzpusīgākas un globāli konkurētspējīgākas enerģijas ražošanas iespējas."
Ja CZTSSe tehnoloģiju komanda var sasniegt 20% un 18% efektivitāti UN uzticamas masveida ražošanas iespējas attiecīgi šūnām un moduļiem, tad tā būs pilnībā konkurētspējīga tirgū. Pateicoties vieglajām, elastīgajām un salokāmajām īpašībām, CZTSSe tehnoloģija tiks plaši izmantota pārnēsājamās enerģijas sistēmās, mobilajās barošanas blokos, satelītos, saules enerģijas platformās kosmosā un dziļās-kosmosa izpētes misijās.
Ķīnas ieguldījums globālās tīras enerģijas nākotnē
"Enerģijas ražošanas apvārsnis vairs neaprobežojas tikai ar Zemes virsmu; tagad mēs skatāmies uz kosmosa{0}}enerģiju," piebilda Ši Dzjandzjans. "Mūsu tehnoloģija ir saskaņota ar Ķīnas 15. piecgadu plāna{3}}jaunajiem virzieniem un ir vērsta uz kritiskām nākotnes jomām."
Mēs turpināsim atbalstīt, paaugstināt fundamentālo pētījumu līmeni un atbalstīt mūsu partnerus, lai veicinātu CZTSSe tehnoloģiju, jo mēs visi kopā strādājam, lai industrializētu CZTSSe produktus. Tā kā pasaule meklē ilgtspējīgus risinājumus pasaulē aktuālo enerģētikas un klimata problēmu risināšanai, mēs uzskatām, ka CZTSSe būs nozīmīgs ieguldījums pasaules tīrās enerģijas nākotnē.
