ПЕКІН, 25 березня 2026 р– Дослідницька група під керівництвом професора Мен Цінбо з Інституту фізики Китайської академії наук (CAS) досягла нової віхи в галузі тонкоплівкової фотоелектричної енергії, підвищивши сертифіковану ефективність перетворення електроенергії сонячних елементів із сульфоселеніду міді й олова (CZTSSe) до 16,6%. Це вже десятий раз, коли команда побиває світовий рекорд у цій галузі, підкреслюючи глобальне лідерство Китаю у фотоелектричних технологіях наступного-покоління та сигналізуючи про те, що CZTSSe перетнув критичний поріг для індустріалізації.
Цей новаторський прогрес — шлях розвитку світу. За понад 10 років досліджень CZTSSe є багатообіцяючим тонкоплівковим-матеріалом, оскільки він виготовлений із матеріалів, які можна знайти в усьому світі, є недорогими та не завдає шкоди навколишньому середовищу (мідь, цинк, олово, сірка та селен). Традиційні тонкоплівкові технології, які часто використовуються, включають телурид кадмію (CdTe) і селенід міді-індію-галію (CIGS); однак ці елементи вважаються або дуже обмеженими в кількості, або токсичними для навколишнього середовища, що робить дослідження, що лежать в основі CZTSSe, екологічно стійкою альтернативою як для наземного -і космічного застосування.
Подолання десятирічного-вузького місця
Незважаючи на невід'ємні переваги, розробка фотоелектричної системи CZTSSe протягом тривалого часу обмежувалася фундаментальними науковими проблемами. Будучи багато{1}}елементною сполукою, матеріал схильний до утворення складних дефектів, невпорядкованого розташування атомів і значних внутрішніх втрат енергії під час кристалізації. Протягом майже десятиліття ці проблеми призвели до зупинки підвищення ефективності.
Команда професора Менга вирішила цю проблему, систематично вирішуючи ключові наукові проблеми, пов’язані з кристалізацією матеріалу, атомною структурою та контролем дефектів. Дослідники розробили інноваційну «стратегію атомних вакансій», яка спрямовує атоми міді та цинку в упорядковане розташування, ефективно зменшуючи активність дефектів і внутрішнє розсіювання енергії в їх джерелі.
Ця стратегія принесла чудові результати за останні кілька років. Команда досягла неймовірного прогресу за останні 3 роки, включаючи свій перший пристрій, що виробляє енергію, енергоефективність якого перевищила 13% у 2022 році. З тих пір вони постійно вдосконалювали свої пристрої з ефективністю поточного перетворення енергії, що досягла 16%, одночасно завершуючи розробку менших пристроїв і створюючи гнучкі модулі. Досягнення команди нещодавно було названо одним із головних науково-технічних досягнень у фотоелектричній промисловості Китаю в 2023 році, і тому вона є єдиним претендентом на нагородження в цих двох категоріях. Нарешті, п’ять статей, написаних цією групою в Nature Energy за роки 2023 -2019, були опубліковані.
Переступаючи поріг індустріалізації
Відповідно до встановленої траєкторії розвитку тонкоплівкових фотоелектричних елементів, діапазон ефективності 15–16% зазвичай вважається достатнім для початку поступової індустріалізації. Технології тонкоплівок-другого{5}}покоління, такі як CdTe та CIGS, розпочали комерційну розробку після досягнення аналогічних показників лабораторної ефективності. З сертифікованою ефективністю 16,6% і властивими перевагами стабільності, радіаційної стійкості та великої кількості матеріалу CZTSSe тепер міцно увійшов у фазу прискореної демонстрації застосування та масштабної розробки.
Рекордна{0}}ефективність команди постійно включалася вТаблиці ККД сонячних батарейскладено міжнародними експертами з фотоелектричної галузі таДіаграма найкращої-ефективності клітинпідтримується Національною лабораторією відновлюваної енергії США (NREL).
До застосування космічної та наземної енергії
Цей прорив є більш ніж новою віхою в лабораторії; це нова віха для технологій сонячної енергії завдяки великим інженерним проектам, які висувають нові вимоги до сонячних технологій. Простіше кажучи, оскільки світ переходить до чистіших джерел енергії та триває дослідження глибокого космосу, великі інженерні проекти (такі як угруповання супутників на низькій навколоземній орбіті (LEO), сонячна енергія з космосу) вимагають більше технологій сонячної енергії, ніж будь-коли раніше. Це створило суворі вимоги до технологій сонячної енергії, включаючи нижчу вартість, довший термін служби, меншу вагу та стійкі ресурси. Унікальна комбінація властивостей CZTSSe робить його ідеальним для задоволення всіх цих суворих вимог.
«Нові тонкоплівкові- сонячні елементи, які ми розробили, мають численні переваги, зокрема велику кількість сировини, низьку вартість, безпечність для навколишнього середовища, хімічну стабільність і стійкість до космічного випромінювання», — сказав Ши Цзянцзянь, асоційований науковий співробітник Інституту фізики CAS і член команди професора Менга. «Ці атрибути забезпечать більший-масштаб, нижчу-вартість і більш різноманітне застосування тонкоплівкової-фотоелектричної енергії, забезпечуючи більш універсальні та глобально конкурентоспроможні варіанти виробництва енергії».
Якщо технологічна команда CZTSSe зможе досягти ефективності 20% і 18% ТА надійних можливостей масового виробництва елементів і модулів, відповідно, тоді вона буде повністю конкурентоспроможною на ринку. Завдяки своїм легким, гнучким і складаним властивостям, технологія CZTSSe буде широко використовуватися для портативних енергетичних систем, мобільних блоків живлення, супутників, сонячних енергетичних платформ у космосі та-місій дослідження глибокого космосу.
Внесок Китаю в глобальне майбутнє чистої енергії
«Горизонт виробництва енергії більше не обмежується поверхнею Землі; тепер ми дивимося на-космічну енергію», – додав Ши Цзянцзянь. «Наша технологія узгоджується з новими планами 15-го п’ятирічного-плану Китаю та спрямована на важливі галузі майбутнього».
Ми продовжуватимемо підтримувати, підвищувати рівень фундаментальних досліджень і підтримувати наших партнерів у просуванні технологій CZTSSe, оскільки ми всі разом працюємо над індустріалізацією продуктів CZTSSe. Оскільки світ шукає стійкі рішення для вирішення нагальних енергетичних і кліматичних проблем, ми віримо, що CZTSSe стане значним внеском у майбутнє чистої енергії у світі.
