Perovskiittisolarisolukkojen todellisen maailman elinkelpoisuuden lisääminen amidimiumilla

Parhaan aurinkoteknologian kestävyys

Useimmat aurinkopaneelit perustuvat kahteen teknologiaan: polysiliconiin, joka muodostaa suurimman osan niistä, ja ohutkalvoiseen kadmium‑telluridiin. Kuitenkin on olemassa kolmas tapa valmistaa fotovoltaisuita järjestelmiä, joka käyttää mineraalia nimeltä perovskiitti.

Tämä on valmistettu kalsiumtitaniumoksidista, ja tämä teknologia on edistynyt valtavasti viime vuosina. Laboratorioprototyypeistä, joilla oli vain 3,8% valosta‑energia‑muunnoskyky vuonna 2009, ne saavuttaat 33,9% vuonna 2024 suunnittelijalta LONGi Green Energy Technology.

Kuitenkin perovskiittisolaripaneeleilla on merkittävä ongelma: kestävyys. Useimmat perovskiittisolarisolut kestävät vain muutaman vuoden. Tämä estää niiden käytön kaupallisessa ympäristössä, koska se heikentää näiden järjestelmien kannattavuutta, vaikka ne olisivatkin tehokkaampia ja tuotantokustannukset alhaisempia.

Joten niin kauan kuin ne eivät pysty kilpailemaan 2‑3 vuosikymmenen kestävyyden kanssa, perovskiitit ovat tuomittuja kapeisiin sovelluksiin ja laboratorioprototyyppeihin, menettäen suurimman osan “uusi aurinkoaika” -ajasta, joka on jo alkanut.

Tämä on syy siihen, miksi ilmoitus kolminkertaisesta perovskiittien vakauden parantamisesta on merkittävä. Sen ovat tehneet tutkijat Northwestern University (USA), Griffith University (Australia) ja University of Toronto (Canada), jotka julkaisevat löydöksensä arvostetussa Science-lehdessä otsikolla “Ligandien amidinaatio kemiallisten ja kenttävaikutteisten passivointien avulla vakauttaa perovskiittisolarisolut¹”.

Perovskiittien edut

Perovskiitin suurimmat edut ovat sen alhainen hinta ja mahdollisuus “tulostaa” aurinkosoluja. Alhaisen hinnan suuri tekijä on, että sitä voidaan valmistaa huoneenlämmössä, toisin kuin piitä, joka vaatii satoja asteita.

Perovskiittisolut ovat myös joustavia, avaten uusia sovelluksia kuten auton kattopinnat ja droonit. Ne myös absorboivat suuremman osan auringon valosta, mikä johtaa korkeampaan teoreettiseen hyötysuhteeseen, jopa 40%.

Titaani on myös suhteellisen runsas metalli, joten se on parempi vaihtoehto piille kuin kadmiumtelluridi. Kuitenkin raskasmetallien, erityisesti lyijyn, mahdollinen vuoto on huolenaihe, joka on myös käsiteltävä.

Lähde: Research Gate

On myös syytä huomata, että piiperovskiittitandemisolut, kuten LONGi:n kehittämä, ovat vaihtoehto pelkästään perovskiittijärjestelmien sijaan.

Perovskiittien suojaaminen hajoamiselta

Tyypillisesti perovskiittisolarisolut käyttävät ammoniumpohjaista pinnoiteluokkaa tehokkuuden parantamiseksi. Vaikka se on tehokas, ammoniumpohjaiset kerrokset hajoavat ympäristön stressin, kuten lämmön ja kosteuden, vaikutuksesta. Tämä johtuu siitä, että ammoniummolekyyli hajoaa voimakkaassa lämmössä ja vedessä.

Lähde: Frontiers

Tämä ei tietenkään ole ihanteellista aurinkopaneelien todellisessa käytössä, jossa niiden on kestettävä sade ja kuumat kesäpäivät.

Tässä tutkijat löysivät ratkaisun käyttämällä toista typpipohjaista yhdisteä: amidiumia. Amidium on amidineista muodostuva ioni.

Lähde: Wikipedia

Tämä poikkeaa aiemmasta perovskiittitutkimuksesta, joka keskittyi perovskiittien itsensä vakauden parantamiseen. Sen sijaan tämä pyrkii parantamaan suojaavia kerroksia.

Radikaali parannus

Tämä uusi lähestymistapa ei ainoastaan parantanut perovskiittisolujen päälle levitetyn pinnoitteen kestävyyttä, vaan se myös lisäsi aurinkopaneelin kokonaiskestävyyttä.

“Uusi pinnoite oli 10‑kertaa kestävämpi hajoamista vastaan verrattuna perinteisiin ammoniumpohjaisiin pinnoitteisiin. Vielä parempaa: amidiumilla päällystetyt solut kolminkertaistivat solun T90‑eliniän — ajan, jonka kuluessa solun hyötysuhde laskee 90% alkuarvostaan ankarissa olosuhteissa.”
Bin Chen –  Tutkimusassistentti professori kemiassa Northwestern

Rakentaminen aiemman innovaation päälle

Tämä ei ole kauanko ensimmäinen läpimurto tämän tutkimusryhmän osalta.

Toisen yhteiskirjoittajan tiimi, Ted Sargent, kehitti vuonna 2022 perovskiittisolarisolun, joka rikkoi energiatehokkuuden ja jännitteen ennätykset.

Vuonna 2023 hänen tiiminsä esitteli perovskiittisolarisolun käänteisrakenteella, mikä myös paransi sen energiatehokkuutta. He sisällyttivät myös nestekiteitä vähentääkseen perovskiittikalvojen virheitä, mikä johti parantuneeseen laitteiston suorituskykyyn.

On myös syytä huomata, että tätä tutkimusta ei tehty vain akateemisten tahojen toimesta, vaan sitä tukivat myös yksityinen yritys First Solar (FSLR ) sekä julkiset instituutiot, kuten kauppaministeriö, National Institute of Standards and Technology ja Yhdysvaltain energiaministeriö.

Sijoittaminen aurinkoenergiaan

Aurinkoenergian tuotanto kasvaa jatkuvasti kaksinumeroisella vauhdilla ja tulee olemaan keskeinen tekijä talouden hiilidioksidipäästöjen vähentämisessä. Siinä on kuitenkin vielä pitkä matka, sillä valtava suurin osa maailman sähköntuotannosta ja vielä enemmän kokonaisenergiasta tulee fossiilisista polttoaineista.

Vuosien varrella ala on kehittynyt palkitakseen suurimmat yritykset, joilla mittakaavaedut ovat avaintekijä voiton tuottamiseen erittäin kilpaillussa ympäristössä. Tietenkin uudet teknologiat voivat toimia potentiaalisina häiriötekijöinä vakiintuneille polysilikonipaneelivalmistajille.

Voit sijoittaa aurinkoyhtiöihin monien välittäjien kautta, ja löydät täältä, securities.io-sivustolta, suosituksemme parhaista välittäjistä Yhdysvalloissa, Kanadassa, Australiassa, Yhdistyneessä kuningaskunnassa sekä monissa muissa maissa.

Jos et halua valita yksittäisiä aurinkoyhtiöitä, voit myös tarkastella ETF:iä kuten Global X Solar ETF (RAYS), Invesco Solar ETF (TAN) tai Global X China Clean Energy ETF (2809.HK), jotka tarjoavat monipuolisemman altistuksen aurinko- ja puhtaan energian alalle.

Voit myös lukea artikkelimme “Top 10 aurinkoenergiaosaketta sijoitettavaksi”.

Aurinkoyritys

First Solar on Yhdysvalloissa ja koko Länsi‑puoliskolla suurin aurinkopaneelivalmistaja, jonka valmistuslaitokset sijaitsevat Yhdysvalloissa, Malesiassa ja Vietnamissa.

Yritys ei käytä perinteistä kiteistä piiteknologiaa, vaan sen omaa ohutkalvoista fotovoltaikkateknologiaa. Kadmium‑telluridiin perustuvat paneelit ovat tehokkaampia, tuotetaan alhaisemmalla kustannuksella ja ne voidaan helposti massatuottaa. Ohutkalvoiset aurinkopaneelit ovat myös kestävämpiä, säilyttäen 89% alkuperäisestä suorituskyvystä 30 vuoden jälkeen.

Lähde: First Solar

Kadmium ja telluridi ovat muiden metallien louhinnan sivutuotteita, mikä tarkoittaa, että First Solarin tuotteilla on minimaalinen vaikutus, käyttäen resursseja, joilla ei aiemmin ollut suurta käyttöä. Ohutkalvoisilla paneeleilla on myös korkea kierrätysaste.

First Solarin teknologinen etu, yhdistettynä sen maantieteelliseen sijaintiin, tekee siitä todennäköisen hyötyjän kasvavasta länsimaiden pyrkimyksestä hankkia paneelinsa Kiinan ulkopuolelta.

Yritys kasvattaa tuotantokapasiteettiaan nopeasti, tavoitteena saavuttaa nimelliskapasiteetti 25 GW vuoteen 2026 mennessä nykyisestä 11 GW:sta.

Kun otetaan huomioon sen osallistuminen tässä käsiteltyyn tutkimukseen, yritys on myös selvästi kiinnostunut perovskiiteista, ainakin kunhan nämä paneelit ovat riittävän kestäviä. Se kommentoi merkittävästi sijoittajiesittelyssään, että perovskiiteilla tulisi olla “kehityslinja valmiina tuottamaan teknologiasampleja, jotka simuloivat valmistusolosuhteita Q4 2024”.

First Solar on käyttänyt yhteensä 2 miljardia dollaria tutkimus‑ ja kehitystyöhön perustamisestaan lähtien.

Kaiken kaikkiaan First Solar on teknologian johtaja, joka hyötyy Kiinan tuontimaksuista, mikä todennäköisesti kompensoi aurinkoenergia-alan negatiivista vaikutusta Trumpin uudelleenvalinnasta.

Vaikka se on tähän mennessä keskittynyt pääasiassa kadmium‑telluridiin perustuvaan ohutkalvoiseen aurinkoon, sen asiantuntemus ei‑piipohjaisessa aurinkopaneelivalmistuksessa voisi antaa merkittävän etulyöntiaseman perovskiittien kanssa, erityisesti ottaen huomioon sen syvät yhteydet alan huippututkijoihin.

Tutkimusviite:

^{1. Yang, Y., et al. (2024). Ligandien amidinaatio kemiallisten ja kenttävaikutteisten passivointien avulla vakauttaa perovskiittisolarisolut. Science, 386(898–902). https://doi.org/10.1126/science.adr2091}