Японы засгийн газраас тогтвортой байдлын чиглэлээр дорвитой арга хэмжээг авч хэрэгжүүлж, далайд хуванцар хаягдлыг тэг болгох, 2050 он гэхэд нүүрстөрөгчийн саармаг байдлыг хангах зэрэг зорилтуудыг дэвшүүлэн ажиллаж байна. Тус улс биопластик болон устөрөгчийн эрчим хүчний салбарт тэргүүлдэг. 2009 онд Японы их сургуулийн судалгааны баг перовскит гэж нэрлэгддэг зарим талст эрдэс бодис нь фотоволтайк бөгөөд гэрлийг хүчдэл болгон хувиргаж, шинэ төрлийн тунгалаг нарны зай хураагуурын хөгжүүлсэн. Өнөөдөр арилжааны нарны технологи нь цахиурын фотоволтайк (PV) зай хураагуурт төвлөрдөг. Гэвч цахиурын фотоволтайк зай нь олон эерэг шинж чанартай ч зай хураагуурт шаардлагатай хатуу, тунгалаг бус цахиурын давхаргууд нь цонх гэх мэт тунгалаг гадаргуу дээрх ашиглалтыг хязгаарладаг аж.
Шилэн цонхон дээр хэвлэсэн перовскит суурьтай нарны зай хураагуур. © Panasonic.
Перовскитийг бэх шиг материалаар үүсгэдэг бөгөөд үүнийг шилэн дээр нарийн хэвлэж, заримдаа тунгалаг эсвэл өнгөт нийлмэл материал болгон ашигладаг. Өндөр барилга байгууламж дээр ихэвчлэн цонхноос бүрддэг барилгын босоо хавтгай нь дээвэр дээрх нарны гэрлийг авах боломжтой талбайгаас илүү байдаг. Перовскит нарны зай нь барилга байгууламжийн төрөл бүрийн фасад, цонх, автомашин зэрэгт суурилуулах боломжтой, маш хөнгөн, уян хатан бүтэцтэй. Японы Осака хотод байрлах Panasonic группын перовскит фотоволтайк зайн судалгааны багийн ахлагч Юкихиро Канекогийн хэлснээр перовскит зайг цонх, хананд оруулж чадвал хотын бүс нутгаас гаргаж авах эрчим хүчийг эрс нэмэгдүүлэх боломжтой аж. Тэрээр одоогийн цахиурын фотоэлектрик хавтанг ашиглан нүүрстөрөгчгүйжүүлэх зорилгодоо хүрэхийн тулд Япон улс спортын талбайн хэмжээтэй 1300 гаруй нарны төслийг жил бүр барих шаардлагатайцонх, хананд нарны зайг суурилуулах нь нарны цахилгаан станцын тархалтыг эрс багасгах ёстой хэмээн үзэж байна. 2009 оноос хойш эрчим хүчийг үр ашигтай хувиргах перовскит материалыг хөгжүүлэх ажил үсрэнгүй хөгжиж байна. Германы Механик инженерийн үйлдвэрлэлийн холбоо (German Mechanical Engineering Industry Association)-ноос гаргасан тайланд перовскитийг 2025 он гэхэд арилжааны нарны зай хураагуурт ашиглана гэж таамаглаж байна. Их Британийн Oxford PV компани, мөн тус тусад нь 2020 онд дэлхийд тэргүүлэгч үр ашигтайгаар 804 см² хэмжээтэй том перовскит болон шилэн зай үйлдвэрлэсэн Panasonic компани энэ чиглэлд тэргүүлдэг. Oxford PV компани цахиур дээр суурилсан нарны зай хураагуурт перовскитийн давхаргыг нэмж, үр ашгийг ойролцоогоор 30% -иар нэмэгдүүлж, ахиц дэвшил гаргасан. Гэвч цахиурын хуучин технологийн зарим хязгаарлалт хэвээр байна. Нөгөөтээгүүр, Panasonic компани бэхэн хэвлэх болон перовскит фотоэлектрик материалын чиглэлээр мэргэшсэн туршлагаа ашиглан дэлхийн хамгийн үр ашигтай перовскит болон шилэн нарны зай хураагуурыг бүтээж байна. Шилийг перовскитээр бүрэхдээ талстын өсөлт болон зузааны жигд байдлыг оновчтой болгосон нь уян хатан, тунгалаг дизайны давуу талуудтай. Эрдэм шинжилгээний судалгаанд перовскит нарны зай хураагуур нь нарны эрчим хүчний хувиргалтын үр ашгийн 26%-иас дээш үзүүлэлттэй бөгөөд хамгийн сайн цахиурын нарны зай хураагууртай өрсөлдөхүйц гэдэг ч энэ ихэвчлэн 1 см² ба түүнээс бага хэмжээтэй судалгааны хэмжээний нарны зай хураагуурт гаргадаг.
Юкимуне Канигийн баг хүчилтөрөгчийн ялгаралтын өндөр идэвхжилтэй электрокатализатор болгон давхар давхар гидроксидыг боловсруулж байгаа ба хамгийн сүүлийнх нь 10 нм-ээс бага хэмжээтэй хэсгүүдтэй. Зүүн талд шүлтлэг электролизерийн анод, баруун талд анион солилцооны мембран электролизерийн мембран электродын угсралт. © Panasonic
Panasonic компани маш том хэмжээтэй перовскит нарны зай үйлдвэрлэхэд анхаарлаа хандуулж байгаа бөгөөд ерөнхийдөө нарны зайны үр ашиг нь хэмжээ нэмэгдэхийн хэрээр буурах аж. АНУ-ын Үндэсний сэргээгдэх эрчим хүчний лаборатори (US National Renewable Energy Lab)-ийн хөтөлдөг графикийн дагуу манай 804 см2 зайны 17.9%-ийн үр ашиг нь 2020 онд ийм хэмжээтэй перовскит нарны зайн дэлхийн дээд амжилт байжээ. Перовскит нарны технологийн бас нэг давуу тал нь зөвхөн 100-200°C боловсруулах температур шаарддаг бөгөөд энэ нь одоогийн технологиос илүү эрчим хүчний хэмнэлттэй юм. Үүний эсрэгээр кварцитаас нарны зайд зориулсан өндөр цэвэршилттэй цахиур үйлдвэрлэх үйл явц нь 1000°C-аас дээш температурт явагддаг. Зайг хэвлэх чадвар нь нэмэлт ашиг тустай, бэхэн хэвлэлт нь дурын хэмжээгээр хэвлэх боломжийг олгодог. Цонх, хана нь олон төрлийн хэмжээтэй байдаг тул хэвлэсний дараа лазераар скрип хийх замаар цонхонд зориулж тунгалаг эсвэл өнгөлөг, эсвэл хананд зориулж тунгалаг бус перовскит хальс хийх боломжтой. Гэхдээ бодит хэрэглээний хувьд перовскит зайн ажиллах хугацааг сайжруулах нь бэрхшээлтэй асуудал хэвээр байна. Перовскит нь чийгэнд онцгой өртөмтгий байдаг. Иймд Panasonic компани перовскитийг шилэн дээр бэхэн тийрэлтэт хэвлэж, дараа нь чийг нэвчихгүй 2 давхаргын хооронд перовскитийг бүрхэх 2 дахь шилэн хуудсыг нэмэх шийдлийг хэрэгжүүлж байна. Тус компани зайн дулааны тогтвортой байдлыг сайжруулахын тулд рубиди эсвэл цезийн нэмэлтийг ашиглах зэрэг перовскитийн бэхний найрлагын өөрчлөлтийг нэвтрүүлсэн. Panasonic компани 2025 онд томоохон хэмжээний туршилтын материалыг бэлэн болгож, 5 жилийн дотор зах зээлд гаргахараар төлөвлөж байна.
Эх сурвалж: https://www.nature.com/articles/d42473-023-00174-w
