Dlaczego perowskity mogą przenieść ogniwa słoneczne na nowe wyżyny

Przełączać na odnawialne źródła energii podobnie jak energia słoneczna jest kluczowa w walce ze zmianą klimatu. Jednak, podczas gdy technologia słoneczna poczyniła znaczne postępy od momentu swojego powstania, nadal potrzebuje nowych technologii, aby stać się realną alternatywą dla paliw kopalnych. W tym scenariuszu perowskity, najnowszy wynalazek w sektorze energii odnawialnej, mogą być przełomem w rozwoju wydajnej energii słonecznej.

Tradycyjne panele słoneczne są wytwarzane przy użyciu krystalicznego krzemu (c-Si) lub cienkowarstwowych technologii słonecznych, które mają ograniczoną wydajność. Jednak perowskity to lekkie i elastyczne struktury krystaliczne, które można łatwo osadzać na dowolnej powierzchni, elastycznej lub teksturowanej. Dzięki temu mogą prowadzić do tworzenia cieńszych i lżejszych Panele Słoneczne, mogą pracować w temperaturze pokojowej i generować więcej energii elektrycznej ze słońca przy niższych kosztach niż ogniwa słoneczne krzemowe.

Chociaż nie wprowadzono jeszcze żadnego zastosowania perowskitów na rynek, są one przedmiotem trwających badań i inwestycji. Ponieważ wiele firm chce wykorzystać ich potencjał, teraz jest świetny czas, aby dowiedzieć się więcej o ogniwach słonecznych z perowskitu, ich technologii i tym, czym różnią się od tradycyjnych ogniw słonecznych.

Spis treści
Czym jest perowskit?
Jak powstają ogniwa fotowoltaiczne z perowskitu?
Różne rodzaje ogniw słonecznych z perowskitu
Ogniwa słoneczne z perowskitu kontra ogniwa słoneczne z krystalicznego krzemu
Podsumowanie

Czym jest perowskit?

W przeciwieństwie do krystalicznego krzemPerowskity to rodzina materiałów o unikalnej strukturze krystalicznej podobnej do minerału o tej samej nazwie, który został odkryty po raz pierwszy w Rosji w 1839 roku. Jednak perowskity zostały po raz pierwszy zbadane jako materiały absorbowane dopiero w 2006 roku, a wyniki badań opublikowano trzy lata później, w 2009 roku.

Istnieje kilka odmian perowskitów. Pierwszy odkryty perowskit składał się z tlenku wapnia i tytanu. Później odkryto wiele typów perowskitów, w tym te zawierające trójjodek ołowiu i metyloamoniowy. Niemniej jednak perowskity najbardziej korzystne dla przemysłu solarnego to te Kryształy zbudowane z cząsteczek organicznych i nieorganicznych połączonych z atomami cyny lub ołowiu.

Perowskity są najbardziej obiecujące spośród 3^rd generacja Fotowoltaika (PV), co czyni je przełomowymi w branży solarnej. W ciągu ostatnich pięciu lat stwierdzono, że wydajność ogniwa słonecznego z perowskitu wzrosła z mniej niż 4% do ponad 20%W ciągu następnych 15 lat przewiduje się dalszy wzrost ich wydajności, aby przewyższyć 30%Z tego powodu uważa się, że ogniwa fotowoltaiczne z perowskitu potencjalnie zastąpią tradycyjne panele fotowoltaiczne c-Si i większość cienkowarstwowych ogniw fotowoltaicznych.

Jak powstają ogniwa fotowoltaiczne z perowskitu?

Mówiąc prościej, ogniwa słoneczne perowskitowe powstają w procesie zwanym „chemią mokrą”, w którym materiały takie jak halogenek metyloamoniowy, jodek metyloamoniowy i inne dodatki są mieszane w roztworze. Tę mieszankę można nakładać na szkło, tlenek metalu, ogniwa słoneczne krzemowe, elastyczne polimery, a nawet przezroczyste drewno.

Osadzanie roztworu perowskitu na materiale bazowym odbywa się poprzez spin-coating, który opiera się na tej samej koncepcji, co maszyny Spin-Art używane przez dzieci. Roztwór jest rozpylany lub kapie na podłoże, a podłoże jest obracane z dużą prędkością, co pozwala na równomierne rozprowadzenie cienkiej warstwy roztworu na jego powierzchni. Gdy rozpuszczalnik w mieszance odparowuje, pozostaje film perowskitowy w postaci cienkich warstw kryształów perowskitu, które można łatwo podłączyć do ogniwa słonecznego.

Istnieje jednak więcej niż jedna metoda produkcji perowskitu ogniwa słonecznetakie jak wspomaganie parą, osadzanie dwuetapowe i osadzanie termiczne z fazy gazowej.

Różne rodzaje ogniw słonecznych z perowskitu

Ogólnie rzecz biorąc, wszystkie ogniwa słoneczne mają pewne cechy wspólne. Należą do nich co najmniej jedna warstwa ujemna, warstwa dodatnia materiału fotowoltaicznego oraz przewodząca przednia i tylna elektroda. Elektrody przenoszą elektrony naładowane przez słońce z warstwy ujemnej wzdłuż przewodu, aby wytworzyć elektryczność, zanim sprowadzą je z powrotem do warstwy dodatniej. Ponadto, po zamontowaniu w module słonecznym, wszystkie ogniwa słoneczne są uszczelniane warstwą enkapsulacji, aby chronić je przed uszkodzeniami spowodowanymi przez warunki atmosferyczne.

Teraz, jeśli chodzi o różne rodzaje ogniwa słoneczne z perowskitu, dwa typy są bardzo ważne — ogniwa cienkowarstwowe i ogniwa tandemowe. Ogniwa cienkowarstwowe zawierają wyłącznie perowskity jako materiał fotowoltaiczny, podczas gdy ogniwa tandemowe mogą mieć kilka warstw perowskitu lub cienką warstwę perowskitu na wierzchu warstwy krystalicznego krzemu.

Istnieją również cienkowarstwowe ogniwa tandemowe. Tutaj ogniwa zawierają miedź warstwy indu galu selenku (CIGS) pokryte warstwą perowskitu. Cienkowarstwowe ogniwa tandemowe są już doskonałą technologią słoneczną.

Ogniwa słoneczne z perowskitu kontra ogniwa słoneczne z krystalicznego krzemu

Krystaliczne krzemowe ogniwa słoneczne, uważane za dojrzałą technologię z dobrze ugruntowanymi procesami produkcji masowej, są normą od dziesięcioleci w branży solarnej. Mają strukturę AI-BSF, w której monokrystaliczny lub polikrystaliczny c-Si jest używany w warstwie absorbującej.

Ciekawą różnicą między perowskitem a c-Si jest ich potencjał absorpcji światła. Perowskit komórki może reagować na szeroki zakres kolorów w widmie słonecznym, podczas gdy c-Si może absorbować światło tylko o długości fali równej lub większej niż 1,100 nm. Wynika to ze struktury ogniw perowskitowych, ponieważ pozwala ona elektronom na skuteczne przenikanie przez grube warstwy. W rezultacie mogą one przekształcać większą ilość światła słonecznego w energię elektryczną, co przyczynia się do wyższej wydajności perowskitów.

Najwyższą odnotowaną wydajność ogniwa słonecznego z perowskitu osiągnięto 29.15% w porównaniu do niższych 25.4% wykazywanych przez ogniwa słoneczne c-Si. Biorąc pod uwagę, że krystaliczny krzem Al-BSF jest wysoce dojrzałą technologią, dowodzi to obiecującego potencjału perowskitowych paneli słonecznych.

Na koniec perowskit ogniwa słoneczne prezentują niski potencjał materiału i obniżone koszty przetwarzania. Mogą być również produkowane w różnych kolorach, co pozwala konsumentom dostosować produkt do swoich potrzeb. Dodatkowe cechy ogniw słonecznych z perowskitu, takie jak elastyczność, lekkość i półprzezroczystość, przekonały badaczy i projektantów elektroniki, że różne zastosowania ogniw słonecznych z perowskitu mogą zastąpić ogniwa c-Si technologia w końcu.

Kiedy ludzie będą mogli kupić ogniwa słoneczne z perowskitu? Wniosek

Naukowcy i eksperci w dziedzinie odnawialne źródła energii przemysł postrzega perowskity jako obiecujący materiał do opracowywania tanich, wydajnych i przyjaznych dla środowiska ogniw słonecznych. W rezultacie wiele firm i organizacji obecnie bada potencjał ogniw słonecznych z perowskitu, w tym National Renewable Energy Laboratory (NREL), Oxford PV, Qcells i inne. Podczas gdy produkowane przez nich ogniwa są ogniwami testowymi wielkości znaczka pocztowego, które nie są jeszcze gotowe do sprzedaży publicznej, komercjalizacja na dużą skalę może być niedaleka.