Недавно группа под руководством Мэн Цинбо из Института физики Китайской академии наук вновь добилась прорыва в характеристиках нового тонкоплёночного фотоэлектрического материала на основе меди, цинка, олова, серы и селена (CZTSSe), повысив сертифицированный КПД элемента до 16,6%, а также завершив разработку высокопроизводительных гибких элементов и модулей. Это означает, что Китай преодолел ключевой технологический порог для промышленного внедрения в области новой фотовольтаики.
В настоящее время глобальный энергетический переход ускоряется, углубляется исследование дальнего космоса и модернизируется инфраструктура космического пространства. Крупные проекты, такие как интернет низкоорбитальных спутников и космические энергетические базы, предъявляют ключевые требования к солнечным технологиям: низкая стоимость, долгий срок службы, малый вес и устойчивость ресурсов. Материал CZTSSe состоит из распространённых элементов, таких как медь, цинк и олово, и сочетает в себе преимущества, включая изобилие ресурсов, низкую стоимость, экологическую безопасность и устойчивость к космическому излучению. Его технология тонкоплёночных тандемных элементов, как ожидается, сыграет важную роль в будущем крупномасштабном применении в энергетике как на Земле, так и в космосе.
Несмотря на значительные преимущества, развитие фотоэлектрической технологии CZTSSe за последнее десятилетие столкнулось с трудностями. Под влиянием множества факторов материал сталкивается с такими проблемами, как сложные дефекты, неупорядоченное расположение атомов и высокие внутренние энергетические потери, что привело к стагнации в производительности элементов и развитии отрасли.
В данном исследовании китайская научная группа решила ключевые научные проблемы, связанные с кристаллизацией материала, атомной структурой и контролем дефектов, снизив активность дефектов и внутренние потери в корне. В 2022 году команда первой преодолела барьер КПД в 13%, а в последующие 3 года последовательно достигла скачкообразного роста до 14%, 15% и 16%, завершив масштабирование устройств и создание гибких модулей. Соответствующие исследования с 2023 года публиковались 5 раз подряд в международном научном журнале «Nature Energy».
Согласно закономерностям развития тонкоплёночной фотовольтаики, достижение КПД в диапазоне 15-16% позволяет постепенно переходить к промышленному производству. Текущий КПД элемента CZTSSe в 16,6% в сочетании с его собственными преимуществами уже создаёт основу для индустриализации. В будущем, когда его КПД приблизится к 20%, КПД модуля достигнет 18% и будет налажено серийное производство, он, как ожидается, получит широкое применение в таких областях, как аэрокосмическое оборудование.
