Τα διαδοχικά ηλιακά κύτταρα Perovskite του Longi έχουν απόδοση 34,85%

Τον Απρίλιο του 2025, ο Longi ανακοίνωσε ότι το ανεξάρτητο αναπτυγμένο κρυσταλλικό πυριτίο-περοφσκίτη διπλασιασμένων ηλιακών κυψελών πιστοποιήθηκε από το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NRER) των Ηνωμένων Πολιτειών, με απόδοση μετατροπής ισχύος 34,85%, για άλλη μια φορά σπάζοντας το παγκόσμιο ρεκόρ αυτής της τεχνολογικής οδού. Αυτή η ανακάλυψη όχι μόνο σηματοδοτεί την είσοδο της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας σε μια νέα εποχή "34%+", αλλά σημαίνει επίσης ότι τα κρυσταλλικά κυψελίδες φωτοβιδοσκίτη που έχουν υποστεί επίσημη διάσπαση του κρυσταλλικού πυριτίου-απόφους.

Το τεχνικό μονοπάτι του Longi βασίζεται σε κρυσταλλικά κύτταρα πυριτίου και επιτυγχάνει φασματική συμπληρωματικότητα μέσω του σχεδιασμού στοίβαξης των στρωμάτων περοβσκίτη. Συγκεκριμένα, το στρώμα Perovskite (Bandgap περίπου 1,7 eV) είναι υπεύθυνο για την απορρόφηση του ορατού τμήματος φωτός, ενώ το στρώμα κρυσταλλικού πυριτίου (Bandgap 1,1 eV) καταγράφει το υπέρυθρο φως. Οι δύο συνεργάζονται για να αυξήσουν την αποτελεσματικότητα της μετατροπής της ηλιακής ενέργειας στο 34,85%. Ο πυρήνας αυτής της δομής έγκειται στην ανακάλυψη της μηχανικής διεπαφής. Η ομάδα Longi έχει αναπτύξει μια στρατηγική παθητικοποίησης διπλού στρώματος. Μέσω της συνεργιστικής επίδρασης του φθοριούχου λιθίου (LIF) και των μορίων διοδιδιδίου αιθυλενοδιαμίνης (EDAI), καταστέλλει αποτελεσματικά τον μη ακτινοβολικό ανασυνδυασμό στη διεπαφή και βελτιστοποιεί την απόδοση μεταφοράς φορέα.

Αξίζει να σημειωθεί ότι η ταχύτητα επανάληψης της τεχνολογίας του Longi υπερβαίνει κατά πολύ τις προσδοκίες της βιομηχανίας: η αποτελεσματικότητα ξεπέρασε το 33,9% τον Νοέμβριο του 2023, αυξήθηκε σε 34,6% τον Ιούνιο του 2024 και έφτασε σε ένα νέο υψηλό το Απρίλιο του 2025. Το Ινστιτούτο Ερευνών Καθαρής Ενέργειας Huaneng και το Πολυτεχνικό Πανεπιστήμιο του Χονγκ Κονγκ. Για παράδειγμα, η έρευνα της ομάδας του καθηγητή Li Yaowen στο Πανεπιστήμιο Soochow για τη ρύθμιση του Perovskite Lattice STRESS παρέχει βασική υποστήριξη για τη βελτίωση της σταθερότητας της μπαταρίας. Το Ινστιτούτο Ερευνών Καθαρής Ενέργειας Huaneng έχει συνεισφέρει την εμπειρία της μηχανικής στην προετοιμασία των εξαρτημάτων μεγάλης περιοχής και τη βιομηχανική εφαρμογή.

Επανάσταση στο ανώτατο όριο απόδοσης

Η θεωρητική αποδοτικότητα των κυττάρων κρυσταλλικού πυριτίου-περοβσκίτη είναι τόσο υψηλή όσο το 43%, υπερβαίνει κατά πολύ το 29,4% των κυττάρων ενός κρυσταλλικού πυριτίου. Η απόδοση 34,85% της Longi είναι κοντά στο 80% αυτής της θεωρητικής αξίας, αφήνοντας άφθονο χώρο για τις επακόλουθες αναβαθμίσεις της τεχνολογίας. Εάν η τεχνολογία Triple Junction Tandem (όπως το Perovskite/Crystalline Silicon/Perovskite) ωριμάζει στο μέλλον, η αποτελεσματικότητα αναμένεται να αυξηθεί περαιτέρω σε περισσότερο από 40%, επαναλαμβάνοντας πλήρως το τοπίο της αποτελεσματικότητας της φωτοβολταϊκής βιομηχανίας.

Διακρατική βελτιστοποίηση της δομής κόστους

Το κόστος υλικού πυριτίου των παραδοσιακών κρυσταλλικών κυττάρων πυριτίου αντιπροσωπεύει περίπου 40%, ενώ τα διαδοχικά κύτταρα μπορούν να μειώσουν το κόστος υλικού πυριτίου σε λιγότερο από 20% μειώνοντας το πάχος των θαλάσσιων πλακών (από 180 μm σε λιγότερο από 100 μm) και αυξάνοντας την παραγωγή ενέργειας ανά περιοχή μονάδας. Επιπλέον, η διαδικασία παρασκευής διαλύματος του στρώματος Perovskite (όπως η εκτύπωση σχισμής και η εκτύπωση Inkjet) καταναλώνει μόνο το 1/10 της ενέργειας των κυττάρων κρυσταλλικού πυριτίου, μειώνοντας περαιτέρω το κόστος κατασκευής. Εκτιμάται ότι το ισοτιμικό κόστος ηλεκτρικής ενέργειας (LCOE) των στοιβαγμένων κυττάρων μπορεί να μειωθεί κατά 25% σε σύγκριση με τα παραδοσιακά κύτταρα PERC και έχει σημαντική ανταγωνιστικότητα σε κατανεμημένα φωτοβολταϊκά, BIPV και άλλα σενάρια.

Απελευθέρωση εφέ της βιομηχανικής αλυσίδας

Οι τεχνολογικές ανακαλύψεις του Longi θα επιταχύνουν την ωριμότητα της αλυσίδας της βιομηχανίας Perovskite. Για παράδειγμα, το γυαλί TCO (διαφανές αγώγιμο οξείδιο), ως βασικό υλικό για το στρώμα Perovskite, αύξησε το ποσοστό εντοπισμού του από 30% σε 2023 σε 70% το 2025. Η τεχνολογία γραφής λέιζερ μεγάλης περιοχής που αναπτύχθηκε από το Ινστιτούτο Ερευνών Καθαρής Ενέργειας Huaneng αύξησε την απόδοση των μονάδων Perovskite από 85% σε 95%. Επιπλέον, η συνεργασία του Longi με την GCL-Poly Optoelectronics, την Xianna Optoelectronics και άλλες εταιρείες κατασκευάζει μια συνεργατική βιομηχανική οικολογία "Perovskite-Crystalline Silicon".

Αν και η ανακάλυψη απόδοσης είναι συναρπαστική, η εμπορευματοποίηση εξακολουθεί να αντιμετωπίζει πολλαπλές προκλήσεις:

Σταθερότητα και συμφόρηση ζωής

Τα υλικά Perovskite είναι ευαίσθητα στο νερό, το οξυγόνο, το φως και τη θερμοκρασία και δεν έχουν μακροχρόνια σταθερότητα. Τα στοιβαγμένα κύτταρα του Longi δεν έχουν ακόμη αποκαλύψει συγκεκριμένα δεδομένα ζωής, αλλά η βιομηχανία γενικά πιστεύει ότι η ζωή του T80 (ο χρόνος που απαιτείται για να αποσυντεθεί η αποτελεσματικότητα στο 80%) πρέπει να υπερβεί τις 5, 000 ώρες για να ικανοποιήσουν τις εμπορικές απαιτήσεις. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, ο Longi μπορεί να έχει υιοθετήσει τα ακόλουθα τεχνικά μονοπάτια:

Παρέξη διεπαφής: Για παράδειγμα, η στρατηγική συμπλοκοποίησης διπλού κεντρικού υπολογιστή που αναπτύχθηκε από την ομάδα του Zhang Hong στο Πανεπιστήμιο Fudan μπορεί να επεκτείνει τη ζωή των κυττάρων Perovskite σε 1.050 ώρες.

Τεχνολογία συσκευασίας: Η τεχνολογία βελτίωσης του Graphene-πολυμερούς του Ινστιτούτου Ερευνών Καθαρής Ενέργειας Huaneng μπορεί να αυξήσει τη διάρκεια ζωής των μονάδων Perovskite σε 3.670 ώρες.

Πολυπλοκότητα της διαδικασίας μαζικής παραγωγής

Τα διπλά τερματικά διαδοχικά κύτταρα απαιτούν ακριβή έλεγχο της αντιστοίχισης πλέγματος και της επαφής διεπαφής μεταξύ του στρώματος perovskite και του στρώματος κρυσταλλικού πυριτίου. Τα ακόλουθα προβλήματα πρέπει να λυθούν κατά τη διάρκεια της μαζικής παραγωγής:

Η ομοιομορφία λεπτού φιλμ: Το πάχος του στρώματος Perovskite πρέπει να ελέγχεται στο 300-500 nm και η απόκλιση πάχους πρέπει να είναι μικρότερη από 5%.

Process compatibility: There is a contradiction between the high-temperature process of crystalline silicon cells (>800 βαθμοί) και το παρασκεύασμα χαμηλής θερμοκρασίας των περοβσκίτη (<150℃), and new materials such as low-temperature silver paste need to be developed.

Πολιτική και αβεβαιότητα της αγοράς

Παρόλο που το «14ο πενταετές σχέδιο» της χώρας απαριθμεί τους Perovskites ως βασικές τεχνολογίες, υπάρχει επί του παρόντος έλλειψη σαφούς πολιτικών επιδοτήσεων και βιομηχανικών προτύπων. Επιπλέον, το σύστημα ανακύκλωσης για τα συστατικά perovskite δεν έχει ακόμη καθιερωθεί και τα ζητήματα μολύβδου μόλυνσης μπορεί να προκαλέσουν περιβαλλοντικές διαφορές.

Το 34,85% της απόδοσης της Longi σηματοδοτεί το άλμα της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας από την "Κρυσταλλική κυριαρχία του πυριτίου" στην "στοιβαγμένη εποχή". Αυτή η ανακάλυψη δεν είναι μόνο μια τεχνολογική νίκη, αλλά και ένα μοντέλο συνεργατικής καινοτομίας στη βιομηχανική αλυσίδα - η υλική έρευνα του Πανεπιστημίου Suzhou, οι μηχανικές δυνατότητες του Huaneng και ο σχεδιασμός της συσκευής του Hong Kong Polytechnic αποτελούν μαζί τον ακρογωνιαίο λίθο των τεχνολογικών ανακαλύψεων.

Κοιτάζοντας μπροστά, τα διαδοχικά κύτταρα κρυσταλλικού πυριτίου-περοβσκίτη θα αναμορφώσουν το τοπίο της βιομηχανίας στους ακόλουθους τομείς:

Κατανεμημένα φωτοβολταϊκά:Είναι ελαφρύ (βάρος μονάδας<5 kg/㎡) and high power density (>400 W/㎡) Χαρακτηριστικά θα προωθήσουν το ξέσπασμα του BIPV, των φωτοβολταϊκών και άλλων σεναρίων.

Κεντρικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής:Η βελτίωση της απόδοσης μπορεί να μειώσει την κατοχή της γης ανά μονάδα επιφάνειας, η οποία είναι πιο επωφελής σε περιοχές με σπάνιους πόρους γης.

Εξερεύνηση χώρου:Η έρευνα και η ανάπτυξη ευέλικτων διαδοχικών κυττάρων μπορεί να παρέχει πιο αποτελεσματικές ενεργειακές λύσεις για ανιχνευτές βαθιάς διαστήματος.

Ωστόσο, ο δρόμος προς την εμπορευματοποίηση πρέπει ακόμα να διασπάσει πολλά εμπόδια όπως η σταθερότητα, η διαδικασία μαζικής παραγωγής και η υποστήριξη πολιτικής. Η τεχνολογική ανακάλυψη του Longi έχει επισημάνει το δρόμο για τη βιομηχανία, αλλά για να επιτευχθεί η "επανάσταση Perovskite", εξακολουθούν να χρειάζονται οι κοινές προσπάθειες ολόκληρης της αλυσίδας της βιομηχανίας. Στα επόμενα πέντε χρόνια, η φωτοβολταϊκή βιομηχανία θα προωθήσει τον διπλό μετασχηματισμό της τεχνολογικής επανάληψης και της βιομηχανικής ανασυγκρότησης και η απόδοση 34,85% του Longi είναι το σημείο εκκίνησης αυτού του μετασχηματισμού.