ปักกิ่ง 25 มีนาคม 2569– ทีมวิจัยที่นำโดยศาสตราจารย์ Meng Qingbo จากสถาบันฟิสิกส์, Chinese Academy of Sciences (CAS) ประสบความสำเร็จครั้งสำคัญในด้านเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง- โดยยกระดับประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่ได้รับการรับรองของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดคอปเปอร์ ซิงค์ ทิน ซัลโฟสเลไนด์ (CZTSSe) เป็น 16.6% นี่เป็นครั้งที่ 10 ของทีมที่ทำลายสถิติโลกในสาขานี้ โดยตอกย้ำความเป็นผู้นำระดับโลกของจีนในด้านเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์รุ่นถัดไป- และเป็นการส่งสัญญาณว่า CZTSSe ได้ก้าวข้ามเกณฑ์ที่สำคัญสำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรมแล้ว
ความก้าวหน้าที่ก้าวล้ำนี้เป็นวิธีที่โลกพัฒนาขึ้น จากการวิจัยมานานกว่า 10 ปี CZTSSe เป็นวัสดุฟิล์มบาง-ที่มีแนวโน้มดีเนื่องจากทำจากวัสดุที่สามารถพบได้ทั่วโลก ราคาไม่แพง และไม่สร้างความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อม (ทองแดง สังกะสี ดีบุก ซัลเฟอร์ และซีลีเนียม) เทคโนโลยีฟิล์มบางแบบดั้งเดิมที่มักใช้ ได้แก่ แคดเมียมเทลลูไรด์ (CdTe) และคอปเปอร์ อินเดียม แกลเลียม เซเลไนด์ (CIGS); อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบเหล่านี้ถือว่ามีปริมาณจำกัดมากหรือเป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม ทำให้การวิจัยเบื้องหลัง CZTSSe เป็นทางเลือกที่ยั่งยืนต่อสิ่งแวดล้อมสำหรับทั้งการใช้งานบนบกหรือในอวกาศ
การเอาชนะทศวรรษ-คอขวดอันยาวนาน
แม้จะมีข้อได้เปรียบโดยธรรมชาติ แต่การพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ของ CZTSSe ถูกจำกัดมานานแล้วจากความท้าทายทางวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐาน เนื่องจากเป็นสารประกอบที่มีหลาย-องค์ประกอบ วัสดุจึงมีแนวโน้มที่จะเกิดข้อบกพร่องที่ซับซ้อน การจัดเรียงอะตอมที่ไม่เป็นระเบียบ และการสูญเสียพลังงานภายในจำนวนมากในระหว่างการตกผลึก เป็นเวลาเกือบหนึ่งทศวรรษที่ปัญหาเหล่านี้ทำให้การปรับปรุงประสิทธิภาพหยุดชะงักลง
ทีมงานของศาสตราจารย์ Meng จัดการกับความท้าทายนี้ด้วยการแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่เกี่ยวข้องกับการตกผลึกของวัสดุ โครงสร้างอะตอม และการควบคุมข้อบกพร่องอย่างเป็นระบบ นักวิจัยได้พัฒนา "กลยุทธ์ตำแหน่งว่างของอะตอม" ที่เป็นนวัตกรรมใหม่ ซึ่งจะนำอะตอมของทองแดงและสังกะสีไปสู่การจัดเรียงตามลำดับ ซึ่งช่วยลดกิจกรรมของข้อบกพร่องและการกระจายพลังงานภายในที่แหล่งกำเนิดได้อย่างมีประสิทธิภาพ
กลยุทธ์นี้ให้ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ทีมงานประสบความสำเร็จอย่างเหลือเชื่อในช่วง 3 ปีที่ผ่านมา รวมถึงอุปกรณ์ผลิตพลังงานเครื่องแรกที่มีประสิทธิภาพการใช้พลังงานเกิน 13% ในปี 2022 นับตั้งแต่นั้นมา พวกเขาได้ปรับปรุงอุปกรณ์อย่างต่อเนื่องโดยการแปลงพลังงานในปัจจุบันมีประสิทธิภาพถึง 16% ในขณะที่เสร็จสิ้นการพัฒนาอุปกรณ์ขนาดเล็กและสร้างโมดูลที่ยืดหยุ่น เมื่อเร็วๆ นี้ ความสำเร็จของทีมได้รับการยกย่องให้เป็นหนึ่งในความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่สำคัญในอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ของจีนในปี 2566 และจึงเป็นผู้สมัครเพียงรายเดียวที่ได้รับรางวัลในสองหมวดนี้ สุดท้ายนี้ เอกสารห้าฉบับที่เขียนโดยกลุ่มนี้ใน Nature Energy ในปี 2023 -2019 ได้รับการตีพิมพ์
ก้าวข้ามเกณฑ์อุตสาหกรรม
ตามวิถีการพัฒนาที่กำหนดไว้ของเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง- โดยทั่วไปแล้ว ช่วงประสิทธิภาพ 15%–16% ถือว่าเพียงพอที่จะเริ่มต้นการพัฒนาอุตสาหกรรมแบบค่อยเป็นค่อยไป เทคโนโลยีฟิล์มบาง-รุ่นที่สอง- เช่น CdTe และ CIGS เข้าสู่การพัฒนาเชิงพาณิชย์หลังจากบรรลุเป้าหมายด้านประสิทธิภาพในห้องปฏิบัติการที่คล้ายคลึงกัน ด้วยประสิทธิภาพที่ได้รับการรับรองที่ 16.6% และข้อได้เปรียบที่แท้จริงในด้านความเสถียร ความต้านทานรังสี และความอุดมสมบูรณ์ของวัสดุ ขณะนี้ CZTSSe ได้เข้าสู่ขั้นตอนการสาธิตการใช้งานแบบเร่งและการพัฒนาตามขนาดอย่างมั่นคง
ประสิทธิภาพที่ทำลายสถิติของทีม-ถูกรวมไว้ในอย่างสม่ำเสมอตารางประสิทธิภาพเซลล์แสงอาทิตย์รวบรวมโดยผู้เชี่ยวชาญด้านเซลล์แสงอาทิตย์ระดับนานาชาติและการวิจัยที่ดีที่สุด-แผนภูมิประสิทธิภาพของเซลล์ดูแลโดยห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา (NREL)
สู่การประยุกต์ใช้พลังงานอวกาศและภาคพื้นดิน
ความก้าวหน้าครั้งนี้เป็นมากกว่าก้าวใหม่ในห้องปฏิบัติการ นับเป็นก้าวใหม่ของเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ เนื่องจากมีโครงการวิศวกรรมสำคัญๆ ที่สร้างความต้องการใหม่เกี่ยวกับเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ พูดง่ายๆ ก็คือ ในขณะที่โลกเปลี่ยนไปสู่แหล่งพลังงานที่สะอาดขึ้นและการสำรวจอวกาศในห้วงลึกยังคงดำเนินต่อไป โครงการวิศวกรรมที่สำคัญ (เช่น กลุ่มดาวดาวเทียมในวงโคจรโลกต่ำ (LEO) พลังงานแสงอาทิตย์จากอวกาศ) กำลังต้องการเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์มากขึ้นกว่าที่เคย สิ่งนี้ได้สร้างข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ รวมถึงต้นทุนที่ต่ำกว่า อายุการใช้งานที่ยืนยาว น้ำหนักที่เบากว่า และทรัพยากรที่ยั่งยืน การผสมผสานคุณสมบัติอันเป็นเอกลักษณ์ของ CZTSSe ทำให้เหมาะอย่างยิ่งที่จะตอบสนองข้อกำหนดที่เข้มงวดเหล่านี้
"เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง-ที่เราพัฒนามีข้อได้เปรียบหลายประการ รวมถึงวัตถุดิบที่มีอยู่มากมาย ต้นทุนต่ำ เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ความเสถียรทางเคมี และความต้านทานต่อการแผ่รังสีในอวกาศ" Shi Jiangjian รองนักวิจัยจากสถาบันฟิสิกส์, CAS และสมาชิกของทีมศาสตราจารย์ Meng กล่าว "คุณลักษณะเหล่านี้จะช่วยให้-ขยายขนาดได้มากขึ้น ลดต้นทุน- และประยุกต์ใช้-เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบางได้หลากหลายมากขึ้น ทำให้เกิดทางเลือกที่หลากหลายและแข่งขันได้ทั่วโลกมากขึ้นสำหรับการผลิตพลังงาน"
หากทีมเทคโนโลยีของ CZTSSe สามารถบรรลุประสิทธิภาพ 20% และ 18% และความสามารถในการผลิตจำนวนมากที่เชื่อถือได้สำหรับเซลล์และโมดูล ตามลำดับ ก็จะมีความสามารถในการแข่งขันในตลาดเต็มรูปแบบ ด้วยคุณสมบัติน้ำหนักเบา ยืดหยุ่น และพับเก็บได้ เทคโนโลยี CZTSSe จะถูกใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับระบบพลังงานแบบพกพา หน่วยจ่ายไฟเคลื่อนที่ ดาวเทียม แพลตฟอร์มพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศ และภารกิจ-สำรวจอวกาศเชิงลึก
การมีส่วนร่วมของจีนต่ออนาคตพลังงานสะอาดระดับโลก
"ขอบเขตของการผลิตพลังงานไม่ได้จำกัดอยู่เพียงพื้นผิวโลกอีกต่อไป ขณะนี้เรากำลังมองหาพลังงานจากอวกาศ-" Shi Jiangjian กล่าวเสริม "เทคโนโลยีของเราสอดคล้องกับแผนห้าปี-ที่ 15 ของจีน ซึ่งเป็นแนวทางใหม่และกำหนดเป้าหมายสาขาที่สำคัญในอนาคต"
เราจะสนับสนุน เพิ่มระดับการวิจัยขั้นพื้นฐาน และสนับสนุนพันธมิตรของเราในการพัฒนาเทคโนโลยีของ CZTSSe ต่อไป ในขณะที่เราทุกคนทำงานร่วมกันเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ของ CZTSSe ให้เป็นอุตสาหกรรม ในขณะที่โลกมองหาวิธีแก้ปัญหาที่ยั่งยืนเพื่อแก้ไขปัญหาพลังงานและสภาพภูมิอากาศที่เร่งด่วนของโลก เราเชื่อว่า CZTSSe จะมีส่วนสำคัญต่ออนาคตพลังงานสะอาดของโลก
