BEIJING, 25. marts 2026– Et forskerhold ledet af professor Meng Qingbo ved Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences (CAS), har opnået en ny milepæl inden for tynde-film solceller, der hæver den certificerede effektkonverteringseffektivitet for kobberzink-tinsulfoselenid (CZTSSe) solceller til 16,6 %. Dette markerer holdets tiende gang at slå verdensrekorden på dette område, hvilket understreger Kinas globale lederskab inden for næste-generations solcelleteknologi og signalerer, at CZTSSe nu har krydset den kritiske tærskel for industrialisering.
Dette banebrydende fremskridt er den måde, verden har udviklet sig på. I mere end 10 års forskning er CZTSSe et lovende tynd-filmmateriale, fordi det er lavet af materialer, der kan findes over hele verden, billigt og ikke producerer skader på miljøet (kobber, zink, tin, svovl og selen). Traditionelle tyndfilmsteknologier, der ofte anvendes, omfatter cadmiumtellurid (CdTe) og kobberindiumgalliumselenid (CIGS); disse elementer anses dog for at være enten meget begrænsede i mængde eller giftige for miljøet, hvilket gør forskningen bag CZTSSe til et miljømæssigt bæredygtigt alternativ til både landbaserede-anvendelser og rumapplikationer.
Overvinde et årti-lang flaskehals
På trods af dets iboende fordele har udviklingen af CZTSSe solcelleanlæg længe været begrænset af en grundlæggende videnskabelig udfordring. Som en multi-elementforbindelse er materialet tilbøjeligt til dannelse af komplekse defekter, uordnet atomarrangement og betydelige interne energitab under krystallisation. I næsten et årti bragte disse problemer effektivitetsforbedringer i stå.
Professor Mengs team adresserede denne udfordring ved systematisk at tackle centrale videnskabelige problemer relateret til materialekrystallisation, atomstruktur og defektkontrol. Forskerne udviklede en innovativ "atomic tomgang strategi", der guider kobber- og zinkatomer ind i ordnede arrangementer, hvilket effektivt reducerer defektaktivitet og intern energispredning ved deres kilde.
Denne strategi har givet gode resultater i løbet af de sidste par år, teamet har opnået en utrolig mængde fremskridt i løbet af de sidste 3 år, inklusive deres første energiproducerende enhed, der oversteg en energieffektivitet på 13 % i 2022. Siden da har de konsekvent forbedret deres enheder med den nuværende energikonvertering, der har nået 16 % effektivitet, mens de har fuldført udviklingen af mindre enheder og bygget fleksible moduler. Holdets præstationer er for nylig blevet kåret som en af de store videnskabelige og teknologiske fremskridt i PV-industrien i Kina i 2023 og er derfor den eneste ansøger til at blive tildelt i disse to kategorier. Endelig har fem artikler forfattet af denne gruppe i Nature Energy i årene 2023 -2019 modtaget publikationer.
Krydser industrialiseringstærsklen
Ifølge den etablerede udviklingsbane for tynd-film solcelleanlæg anses et effektivitetsområde på 15 %-16 % generelt for at være tilstrækkeligt til at igangsætte gradvis industrialisering. Anden-generations tynde-filmteknologier såsom CdTe og CIGS gik ind i kommerciel udvikling efter at have opnået lignende laboratorieeffektivitetsmilepæle. Med en certificeret effektivitet på 16,6 % og dens iboende fordele i stabilitet, strålingsmodstand og materialeoverflod er CZTSSe nu gået ind i fasen med accelereret applikationsdemonstration og skaleret udvikling.
Teamets rekord-effektivitet er konsekvent blevet inkluderet iSolcelleeffektivitetstabellerudarbejdet af internationale solcelleeksperter ogBedste research-diagram over celleeffektivitetvedligeholdes af US National Renewable Energy Laboratory (NREL).
Mod rum- og jordenergianvendelser
Dette gennembrud er mere end en ny milepæl i laboratoriet; det er en ny milepæl for solenergiteknologi på grund af store ingeniørprojekter, der stiller nye krav til solenergiteknologier. Kort sagt, efterhånden som verden går over til renere energikilder og udforskning af dybt rum, kræver store ingeniørprojekter (såsom satellitkonstellationer i lav kredsløb om jorden (LEO), solenergi fra rummet) mere af solenergiteknologier end nogensinde før. Dette har skabt strenge krav til solenergiteknologier, herunder lavere omkostninger, længere levetid, lettere vægte og bæredygtige ressourcer. CZTSSes unikke ejendomskombination gør den til en fremragende pasform til at opfylde alle disse strenge krav.
"De nye tynde-filmsolceller, vi har udviklet, har flere fordele, herunder rigelige råmaterialer, lave omkostninger, miljøvenlighed, kemisk stabilitet og modstandsdygtighed over for rumstråling," siger Shi Jiangjian, associeret forsker ved Institut for Fysik, CAS, og medlem af professor Mengs team. "Disse egenskaber vil muliggøre større-skala, lavere-omkostninger og mere forskelligartede anvendelser af tynde-film solceller, hvilket giver mere alsidige og globalt konkurrencedygtige muligheder for energiproduktion."
Hvis CZTSSe-teknologiteamet kan opnå effektivitetsgevinster på 20% og 18% OG pålidelige masseproduktionskapaciteter for henholdsvis celler og moduler, så vil det være i fuld markedskonkurrenceevne. Med sine lette, fleksible og sammenfoldelige egenskaber vil CZTSSe-teknologien blive brugt i vid udstrækning til bærbare energisystemer, mobile strømforsyningsenheder, satellitter, solenergiplatforme i rummet og dybe-rumudforskningsmissioner.
Et kinesisk bidrag til den globale fremtid for ren energi
"Horizonten for energiproduktion er ikke længere begrænset til jordens overflade; vi ser nu mod rumbaseret-energi," tilføjede Shi Jiangjian. "Vores teknologi er tilpasset Kinas 15. fem-årsplans nye spor og retter sig mod fremtidens kritiske områder."
Vi vil fortsætte med at støtte, øge niveauet af grundforskning og støtte vores partnere til at fremme CZTSSes teknologi, mens vi alle arbejder sammen om at industrialisere CZTSSe-produkter. Mens verden leder efter bæredygtige løsninger til at løse verdens presserende energi- og klimaproblemer, tror vi på, at CZTSSe vil være et væsentligt bidrag til verdens rene energifremtid.
