Прорив у зеленій енергетиці. Австралійські дослідники відкрили механізм відновлення сонячних панелей

Група дослідників з Університету Нового Південного Уельсу (UNSW) в Австралії здійснила важливий крок у розумінні процесів деградації та самовідновлення кремнієвих сонячних елементів.

За допомогою новітньої лазерної методики вченим вперше вдалося в режимі реального часу зафіксувати, як ультрафіолетове (УФ) випромінювання руйнує структуру панелей та як звичайне сонячне світло здатне природним чином відновлювати їх на атомному рівні.

Кремнієві елементи, що наразі домінують на світовому ринку фотоелектрики, є надзвичайно чутливими до ультрафіолетового впливу. Тривала експлуатація просто неба призводить до явища, відомого як деградація, спричинена ультрафіолетом (UVED). Попередні спостереження показували, що після прискорених тестів, які імітують 2000 годин опромінення (що відповідає тривалому періоду реальної експлуатації), ефективність панелей може знижуватися на 10 відсотків. Хоча певний рівень відновлення потужності фіксувався і раніше, природа цього процесу залишалася загадкою.

Професорка Сяоцзін Хао, яка очолила проєкт, разом із колегами застосувала метод ультрафіолетової раманівської спектроскопії. Ця технологія дозволяє аналізувати молекулярні коливання матеріалу без руйнування самої панелі. За словами дослідників, метод працює подібно до високоточної камери, яка дозволяє бачити не лише вихідну електричну потужність, а й безпосередні хімічні зміни всередині працюючого елемента на мікроскопічному рівні.

Експеримент показав, що під впливом УФ-променів руйнуються хімічні зв’язки між атомами водню, кремнію та бору поблизу поверхні елемента. Це призводить до ослаблення пасивного шару, через що здатність пристрою генерувати струм падає. Однак під впливом видимого сонячного спектра відбувається дивовижний процес: атоми водню мігрують назад до поверхні, розірвані зв’язки відновлюються, і структура матеріалу повертається до початкового стану.

Це відкриття має критичне значення для індустрії. Досі прискорені випробування на старіння могли давати занадто песимістичні прогнози, оскільки не враховували здатність матеріалу до регенерації. Нова методика дозволяє розрізняти тимчасові та незворотні пошкодження, що забезпечує точніше прогнозування терміну служби сонячних систем.

Доктор Цзихен Лю зазначив, що розроблений метод дозволяє виявити чутливість до ультрафіолету всього за кілька секунд. Це робить технологію ідеальним інструментом для контролю якості безпосередньо на виробничих лініях. Виробники зможуть тестувати нові матеріали та конструктивні зміни ще до того, як елементи будуть зібрані у готові сонячні модулі.

Результати дослідження, опубліковані в журналі Energy & Environmental Science, відкривають шлях до створення більш надійних і довговічних систем відновлюваної енергії. Розуміння поведінки сонячних панелей у реальних умовах експлуатації дозволить інженерам проєктувати системи, які максимально ефективно використовують природні цикли пошкодження та відновлення.