Mengapa Perovskite Boleh Membawa Sel Suria ke Ketinggian Baharu

Beralih ke tenaga yang boleh diperbaharui seperti kuasa solar adalah penting dalam memerangi perubahan iklim. Walau bagaimanapun, walaupun teknologi solar telah mencapai kemajuan yang luar biasa sejak penubuhannya, ia masih memerlukan teknologi baharu untuk menjadi alternatif yang berdaya maju kepada bahan api fosil. Dalam senario ini, perovskites, ciptaan terbaru dalam sektor tenaga boleh diperbaharui, boleh menjadi pengubah permainan dalam pembangunan tenaga suria yang cekap.

Panel solar tradisional dibuat menggunakan silikon kristal (c-Si) atau teknologi solar filem nipis, yang mempunyai kecekapan terhad. Walau bagaimanapun, perovskit adalah struktur kristal ringan dan fleksibel yang boleh disimpan dengan mudah pada sebarang permukaan, fleksibel atau bertekstur. Terima kasih kepada ini, mereka boleh membawa kepada penciptaan yang lebih nipis dan lebih ringan panel solar, mampu beroperasi pada suhu bilik dan menjana lebih banyak tenaga elektrik daripada matahari pada kos yang lebih rendah daripada sel suria silikon.

Walaupun belum ada aplikasi perovskit yang dikomersialkan, ia adalah subjek penyelidikan dan pelaburan yang berterusan. Dengan banyak syarikat yang ingin memanfaatkan potensi mereka, kini adalah masa yang sesuai untuk mempelajari tentang sel solar perovskite, teknologi mereka dan cara ia berbeza daripada sel solar tradisional.

Jadual Kandungan
Apakah perovskite?
Bagaimanakah sel solar perovskite dibuat?
Pelbagai jenis sel solar perovskite
Sel suria perovskite lwn sel suria silikon kristal
Kesimpulan

Apakah perovskite?

Tidak seperti kristal silikon, perovskit ialah keluarga bahan dengan struktur kristal unik serupa dengan mineral dengan nama yang sama yang pertama kali ditemui di Rusia pada tahun 1839. Walau bagaimanapun, hanya pada tahun 2006 barulah perovskit pertama kali dikaji sebagai bahan yang diserap, dengan hasil penyelidikan diterbitkan tiga tahun kemudian, pada tahun 2009.

Beberapa jenis perovskit wujud. Perovskit pertama yang ditemui terdiri daripada kalsium titanium oksida. Kemudian, banyak jenis perovskit ditemui, termasuk yang mengandungi metil ammonium plumbum triiodide. Walau bagaimanapun, perovskit yang paling berfaedah kepada industri suria ialah mereka kristal diperbuat daripada molekul organik dan bukan organik yang disambungkan kepada atom timah atau plumbum.

Perovskite adalah yang paling menjanjikan daripada 3^rd generasi fotovoltaik (PV), menjadikannya pengubah permainan dalam industri solar. Dalam tempoh lima tahun yang lalu, kecekapan sel solar perovskit didapati telah meningkat daripada kurang daripada 4% kepada lebih. 20% . Dalam tempoh 15 tahun akan datang, kecekapan mereka diramalkan akan meningkat lagi untuk mengatasi 30% . Atas sebab ini, dipercayai bahawa sel solar perovskite berpotensi menggantikan panel solar c-Si tradisional dan kebanyakan fotovoltaik filem nipis.

Bagaimanakah sel solar perovskite dibuat?

Dalam kata mudah, sel suria perovskit dicipta melalui proses yang dipanggil "kimia basah," di mana bahan seperti metilammonium halida, metilammonium plumbum iodida, dan bahan tambahan lain dicampur dalam larutan. Campuran ini boleh digunakan pada kaca, oksida logam, sel suria silikon, polimer fleksibel, atau kayu lutsinar.

Pemendapan larutan perovskit pada bahan asas dilakukan melalui salutan putaran, yang berasaskan konsep yang sama seperti mesin Spin-Art yang digunakan oleh kanak-kanak. Penyelesaian itu sama ada disembur atau dititiskan ke atas substrat, dengan substrat dipusing pada kelajuan tinggi, membolehkan lapisan nipis larutan merebak secara merata ke seluruh permukaannya. Apabila pelarut dalam campuran tersejat, filem perovskit tertinggal sebagai lapisan nipis kristal perovskit yang boleh dengan mudah disambungkan ke dalam sel suria.

Walau bagaimanapun, terdapat lebih daripada satu kaedah untuk pembuatan perovskite sel suria, seperti bantuan wap, pemendapan dua langkah dan pemendapan wap haba.

Pelbagai jenis sel solar perovskite

Secara keseluruhannya, semua sel solar mempunyai persamaan. Ini termasuk sekurang-kurangnya satu lapisan negatif, lapisan positif bahan fotovoltaik, dan elektrod depan dan belakang konduktif. Elektrod membawa elektron yang dicas oleh matahari dari lapisan negatif sepanjang wayar untuk menjana elektrik sebelum membawanya kembali ke lapisan positif. Di samping itu, selepas dipasang dalam modul suria, semua sel solar dimeterai dalam lapisan enkapsulasi untuk melindunginya daripada kerosakan cuaca.

Sekarang, apabila ia datang kepada pelbagai jenis sel suria perovskit, dua jenis adalah sangat penting — sel filem nipis dan sel tandem. Sel filem nipis mengandungi hanya perovskit sebagai bahan fotovoltaik, manakala sel tandem mungkin mempunyai beberapa lapisan perovskit atau lapisan nipis perovskit di atas lapisan silikon kristal.

Terdapat juga sel tandem filem nipis. Di sini, sel mengandungi tembaga lapisan indium gallium selenide (CIGS) yang disalut dengan lapisan perovskit. Sel tandem filem nipis ialah teknologi suria yang sudah sempurna.

Sel suria perovskite lwn sel suria silikon kristal

Sel suria silikon kristal, dianggap sebagai teknologi matang dengan proses pengeluaran besar-besaran yang mantap, telah menjadi kebiasaan selama beberapa dekad dalam industri suria. Ini mempunyai struktur AI-BSF di mana monohablur atau polihablur c-Si digunakan dalam lapisan penyerap.

Perbezaan menarik antara perovskite dan c-Si ialah potensi penyerapan cahaya mereka. Perovskite sel-sel boleh bertindak balas kepada pelbagai warna dalam spektrum suria, manakala c-Si hanya boleh menyerap cahaya dengan panjang gelombang yang sama atau lebih daripada 1,100 nm. Ini disebabkan oleh struktur sel perovskit, kerana ia membolehkan elektron menembusi lapisan tebal dengan cekap. Akibatnya, mereka boleh menukar jumlah cahaya matahari yang lebih tinggi kepada elektrik, yang menyumbang kepada kecekapan perovskit yang lebih tinggi.

Kecekapan tertinggi direkodkan bagi sel suria perovskite ialah % 29.15 berbanding 25.4% yang lebih rendah yang ditunjukkan oleh sel solar c-Si. Memandangkan silikon kristal Al-BSF adalah teknologi yang sangat matang, ini membuktikan potensi panel solar perovskite yang menjanjikan.

Akhirnya, perovskite sel suria mempersembahkan bahan berpotensi rendah dan mengurangkan kos pemprosesan. Mereka juga boleh dihasilkan dalam pelbagai warna, membolehkan pengguna menyesuaikan produk mengikut keperluan mereka. Ciri-ciri tambahan sel solar perovskite, seperti fleksibiliti, ringan, dan separa ketelusan, telah meyakinkan penyelidik dan pereka elektronik bahawa pelbagai aplikasi sel solar perovskite boleh menggantikan c-Si teknologi dalam jangka masa yang panjang.

Bilakah orang boleh membeli sel solar perovskite? Satu kesimpulan

Penyelidik dan pakar dalam tenaga yang boleh diperbaharui industri melihat perovskit sebagai bahan yang menjanjikan untuk membangunkan sel suria yang murah, cekap dan mesra alam. Akibatnya, banyak perniagaan dan organisasi sedang menyelidik potensi sel solar perovskit, termasuk Makmal Tenaga Diperbaharui Kebangsaan (NREL), Oxford PV, Qcells dan lain-lain. Walaupun sel yang mereka hasilkan adalah sel ujian bersaiz setem pos, belum lagi sedia untuk dijual kepada orang ramai, pengkomersialan berskala besar mungkin tidak lama lagi.