27,2 procent. Chiny rozwiązały problem, który blokował następcę krzemu

Chlor, którego nikt nie widział

Zhuang Xiong patrzy na cienką warstwę, która ma zastąpić krzem. Ma grubość jednej tysięcznej milimetra — mniej niż ludzki włos. Pod mikroskopem wygląda idealnie jednolicie.

Ale nie jest.

Perowskit — materiał, który w piętnaście lat przeszedł drogę od 3,8% do ponad 27% wydajności w zamianie światła na prąd — kryje w sobie wadę niewidoczną gołym okiem. Chlor w jego strukturze nie rozkłada się równo. Przy powierzchni jest go więcej, w głębi mniej. I to właśnie ta niewidzialna nierówność, a nie cokolwiek innego, od lat trzymała następcę krzemu z dala od dachów.

Zatrzymajmy się przy liczbach. Krzem — ten sam pierwiastek, z którego robimy procesory — osiąga dziś w najlepszych laboratoriach około 27% sprawności. Po siedemdziesięciu latach dopracowywania. Perowskit osiągnął 27,2%. Po piętnastu.

A mimo to żadna perowskitowa płyta nie wisi nad twoją głową.

Dlaczego najsprawniejszy kandydat na następcę krzemu jest jednocześnie najgorszy? Bo to, co daje mu przewagę w laboratorium, jest też jego piętą achillesową. Perowskit rozpada się pod wpływem wilgoci, tlenu i — ironia nad ironiami — samego światła, które ma zamieniać w prąd.

Dwa obozy, jedna warstwa

Wyścig o komercjalizację perowskitu rozpadł się na dwa obozy. To pojedynek, w którym obie strony mają rację — przynajmniej na razie.

Obóz pierwszy: Europa. Oxford PV, spin-off Uniwersytetu Oksfordzkiego, postawił na kompromis. Zamiast zastępować krzem, ułożył perowskit na krzemie. Górna warstwa łapie niebieską część widma, dolna — czerwoną. To jak dwa filtry ustawione jeden za drugim, każdy nastawiony na inną barwę tęczy, zamiast jednego, który próbuje zatrzymać całe światło naraz. W 2024 roku firma pokazała moduł o sprawności 28,6% i uruchomiła pierwszą na świecie linię tandemów perowskitowo-krzemowych w Brandenburgii an der Havel.

Obóz drugi: Chiny. Zespół Jingbi You z Instytutu Półprzewodników Chińskiej Akademii Nauk w Pekinie i Yaowen Li z Soochow University postawił na czysty perowskit. Bez krzemu, bez kompromisu. To ryzykowniejsza gra: pojedyncza warstwa ma teoretyczny sufit około 33% — granicę Shockleya-Queissera — wyżej niż krzem kiedykolwiek osiągnie. Ale nikt nie wiedział, czy da się do niej dojść, zanim materiał się rozpadnie.

Dwie strategie. Dwa kontynenty. Jeden cel: dach, który robi prąd taniej.

Rys. 1. TEST polski

Runda pierwsza: krzem się nie poddaje

Żeby zrozumieć stawkę, trzeba wiedzieć, że krzem już raz wygrał — i to zdecydowanie. Około 80% paneli słonecznych na świecie powstaje w Chinach. LONGi, największy producent, trzyma rekord pojedynczego ogniwa krzemowego na poziomie około 27%.

A to niemal sufit. Krzem ma fizyczną granicę: z całego spektrum światła słonecznego potrafi zamienić w prąd tylko wąskie pasmo. Reszta przepada jako ciepło. Teoretyczne maksimum pojedynczego ogniwa krzemowego to około 29%, a praktyka od lat ociera się o 27%. Innymi słowy, krzem dobiega do ściany. Żeby pójść dalej, trzeba albo układać warstwy w tandemy, albo zmienić materiał.

Perowskit wchodzi na ring z pozycji słabszego. Odkryty jako materiał fotowoltaiczny w 2009 roku przez japońskiego chemika Tsutomu Miyasakę — ze skromną sprawnością 3,8% — przez dekadę był laboratoryjną ciekawostką. Ładny wynik, zero praktyki.

A potem stało się coś, czego nikt nie przewidział. Krzywa sprawności perowskitu zaczęła piąć się w tempie, jakiego nie widziała żadna inna technologia fotowoltaiczna. Krzem wspinał się o punkt procentowy na dekadę. Perowskit — o kilka na rok.

Runda druga: Europa stawia na tandem

Europejski plan był elegancki. Nie walcz z krzemem — wespnij się na niego. Tandem perowskitowo-krzemowy wykorzystuje istniejące fabryki krzemu: dokładasz jedną cienką warstwę, a panel zyskuje kilka punktów procentowych. Mniejsza rewolucja, szybszy zysk.

Oxford PV wyglądał na lidera. Moduł 28,6%, fabryka w Brandenburgii, rozmowy z amerykańskimi gigantami. Strategia miała jednak jedną ukrytą wadę: nadal potrzebujesz krzemu. A krzem — i cały łańcuch jego produkcji — spoczywa w rękach tych, z którymi Europa akurat próbuje konkurować.

Tymczasem w Pekinie zespół You i Li szedł inną drogą. Czysty perowskit, bez krzemu. I to tam czaił się problem, od którego zaczęła się ta historia.

Chlor.

Runda trzecia: punkt zwrotny

W najbardziej obiecującym perowskicie — formamidyno-ołowiowo-jodowym, w skrócie FAPbI₃ — naukowcy dodają chlorek metyloamonu, żeby warstwa lepiej krystalizowała. Ale ten dodatek zostawia po sobie nierównomierny rozkład chloru. Przy powierzchni jest go więcej, w głębi mniej. A każde takie miejsce nierównowagi to defekt — pułapka, w której elektron ginie zamiast popłynąć do elektrody. Sprawność spada, warstwa starzeje się szybciej.

Rozwiązanie zespołu z Pekinu okazało się zaskakująco proste. Dodali szczawiany metali alkalicznych. Podczas wygrzewania szczawian rozkłada się, uwalniając kationy metalu, które selektywnie wiążą jony chlorkowe i wyrównują ich rozkład w całej grubości filmu.

Wyobraź sobie sól rozsypaną na blacie. Zamiast zamiatać ją na boki, dodajesz substancję, która sprawia, że sól sama rozpływa się równomiernie po całej powierzchni. Coś w tym stylu — tylko w skali atomów.

Fig. 2. Chlorine distribution in the perovskite film before and after adding alkali-metal oxalates — homogenizing chlorine removes defects and boosts stability. Source: own work based on Xiong et al., Science (2025), DOI: 10.1126/science.adw8780.

Wynik? Certyfikowana sprawność 27,2% — zmierzona w niezależnym laboratorium, nie w gablocie twórców. Ale ważniejsza jest druga liczba, ta, na którą czekali wszyscy. Po 1529 godzinach ciągłej pracy przy pełnym słońcu ogniwo zachowało 86,3% początkowej sprawności. A w teście przyspieszonego starzenia w 85 stopniach Celsjusza — 82,8% po tysiącu godzinach.

Uczciwie: 1529 godzin to nie dwadzieścia pięć lat. To dwa miesiące nieustannego słońca. Ale dla materiału, który jeszcze niedawno umierał po kilku dniach, to przepaść. Bo degradacja perowskitu była dotąd tak szybka, że nikt nie zdążył jej nawet porządnie zmierzyć. Teraz można zacząć mówić o latach.

To jest punkt zwrotny. Po raz pierwszy czysty perowskit pokazał jednocześnie sprawność krzemu i stabilność, która daje nadzieję na dach. Dwa problemy, które przez piętnaście lat wydawały się nie do pogodzenia, rozwiązała jedna, starannie dobrana sól.

Kto prowadzi?

Pojedynek ma teraz nowy stan. Policzmy punkty.

Chiny prowadzą w laboratorium: 27,2% czystego perowskitu, do tego rekordy tandemów LONGi na poziomie 34,6%. I mają maszynę produkcyjną — 80% światowych paneli, a firmy takie jak GCL i Renshine rozkręcają perowskitowe linie w skali gigawatów. Europa prowadzi w komercjalizacji tandemu: Oxford PV jako pierwszy sprzedaje perowskit w realnym produkcie. Ale ta przewaga jest krucha — finansowana z trudem, uzależniona od krzemowego łańcucha dostaw, który należy do konkurenta.

Ironia wyścigu polega na tym, że obie strategie mogą wygrać jednocześnie. Tandem trafi na dachy domów, gdzie liczy się każdy procent. Czysty perowskit — w elastyczne folie, elewacje i urządzenia, których krzem nigdy nie pokryje, bo jest sztywny i ciężki.

Ale jeśli stabilność czystego perowskitu potwierdzi się na skalę przemysłową, przewaga tandemu zacznie topnieć. Bo po co dokładać krzem, skoro sama cienka warstwa wystarczy?

Już to robią. Tylko nie w Europie.

Kiedy Europa debatuje, Chiny budują.

UtmoLight, spółka z Wuxi, uruchomiła linię produkcji perowskitu liczoną w gigawatach. GCL Technology — gigant krzemu — przestawia część mocy na perowskit. Renshine Solar zapowiada kolejne linie. Łącznie chińskie firmy ogłosiły plany perowskitowe na kilkanaście gigawatów w ciągu najbliższych lat. Dla porównania: cała polska fotowoltaika to nieco ponad 20 gigawatów zainstalowanej mocy, budowanej przez dekadę.

Stany Zjednoczone idą inną ścieżką. First Solar, jedyny duży amerykański producent paneli, stawia na tellurek kadmu — technologię cienkowarstwową, ale nie perowskitową. Perowskitowe startupy, takie jak Caelux, sprzedają za to szkło z warstwą perowskitu, które można nałożyć na istniejący panel krzemowy i podnieść jego sprawność o kilka punktów. To trzecia droga: nie zastępować, nie układać — tylko doklejać.

Oxford PV pozostaje jedynym graczem, który sprzedaje tandem perowskitowo-krzemowy w realnym produkcie. Ale skala jego linii w Brandenburgii to ułamek tego, co zapowiadają Chińczycy. Wyścig przestaje być wyścigiem laboratoryjnym. Zaczyna być wyścigiem fabryk.

Wrocław miał perowskit, zanim to było modne

Polska w tym wyścigu trzymała kartę, której nie zagrała do końca.

Saule Technologies z Wrocławia — założona przez fizyczkę Olgę Malinkiewicz, która w 2013 roku na EPFL w Lozannie współtworzyła metodę niskotemperaturowego druku perowskitu — produkowała elastyczne, drukowane atramentowo ogniwa. Firma wyprzedzała świat o kilka lat. W momencie, gdy reszta branży dopiero uczyła się wymawiać słowo „perowskit", Saule miała prototyp, fabrykę i nagrody.

Ale wyścig perowskitowy wygrywa się skalą, nie pomysłem. Saule nie przeskoczyła z prototypu do masowej produkcji i przeszła restrukturyzację. Jej historia to przestroga: Polska potrafi wymyślić technologię przyszłości, ale wciąż nie potrafi jej dofinansować do końca.

Nie znaczy to, że nie ma czego ratować. Politechnika Wrocławska, Instytut Fizyki PAN i AGH mają kompetencje w materiałach perowskitowych i druku. Saule zdążyła zresztą pokazać, że potrafi: jej ogniwa testował na swojej elewacji Skanska, a japoński inwestor Hideo Sawada wszedł w spółkę, widząc w niej most do rynku azjatyckiego.

W globalnym łańcuchu perowskitu jest miejsce dla wyspecjalizowanych graczy: atramenty, warstwy ochronne, maszyny drukujące, metody testowania stabilności. To nie jest gra o największą fabrykę. To gra o najlepszy komponent — a komponenty można robić z Wrocławia. Pytanie, czy znajdzie się na to finansowanie — w NCBR, w programach PARP, u inwestora, który zrozumie, że perowskit to nie projekt badawczy, tylko przemysł w powijakach. Polska już raz wymyśliła tę technologię wcześniej niż reszta świata. Drugi raz może nie dostać szansy.

Stawka

Perowskit to nie kolejna ciekawostka z laboratorium. To odpowiedź na pytanie, czy fotowoltaika stanie się naprawdę tania i wszechobecna — nie tylko na dachach, ale na elewacjach, w foliach, które da się zwinąć i zabrać. Wyścig Chiny–Europa rozstrzygnie się nie w tym roku, ale w ciągu kilku najbliższych.

A krzem, niekwestionowany król ostatnich siedemdziesięciu lat, właśnie usłyszał, że ma następcę. Następcę, który jest cieńszy, tańszy i — od listopada 2025 — wreszcie stabilny.

Źródła

1. Xiong Z., Zhang Q., Cai K. et al., Homogenized chlorine distribution for >27% power conversion efficiency in perovskite solar cells, Science 390, 638–642 (2025). DOI: 10.1126/science.adw8780
2. Liu Z., Lin R., Wei M. et al., All-perovskite tandem solar cells achieving >29% efficiency with improved (100) orientation in wide-bandgap perovskites, Nature Materials (2025). DOI: 10.1038/s41563-024-02073-x