เหตุใด Perovskites จึงสามารถยกระดับเซลล์แสงอาทิตย์ไปสู่ระดับใหม่ได้

กำลังเปลี่ยนไป พลังงานทดแทน พลังงานแสงอาทิตย์ถือเป็นสิ่งสำคัญในการต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ อย่างไรก็ตาม แม้ว่าเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์จะมีความก้าวหน้าอย่างน่าทึ่งนับตั้งแต่มีการเริ่มต้นใช้งาน แต่ยังคงต้องมีเทคโนโลยีใหม่ ๆ เพื่อให้กลายมาเป็นทางเลือกอื่นแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล ในสถานการณ์นี้ เพอรอฟสไกต์ ซึ่งเป็นสิ่งประดิษฐ์ล่าสุดในภาคส่วนพลังงานหมุนเวียน อาจเข้ามาเปลี่ยนแปลงรูปแบบการพัฒนาพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพได้

แผงโซลาร์เซลล์แบบดั้งเดิมผลิตขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์แบบผลึกซิลิกอน (c-Si) หรือฟิล์มบาง ซึ่งมีประสิทธิภาพจำกัด อย่างไรก็ตาม เพอรอฟสไกต์เป็นโครงสร้างผลึกที่เบาและยืดหยุ่นได้ ซึ่งสามารถเกาะติดบนพื้นผิวใดๆ ก็ได้ ไม่ว่าจะเป็นแบบยืดหยุ่นหรือมีลวดลาย ด้วยเหตุนี้ จึงสามารถสร้างแผงโซลาร์เซลล์ที่บางและเบากว่าได้ แผงเซลล์แสงอาทิตย์สามารถทำงานที่อุณหภูมิห้องและผลิตไฟฟ้าจากดวงอาทิตย์ได้มากขึ้นโดยมีต้นทุนต่ำกว่าเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิกอน

แม้ว่าจะยังไม่มีการนำเพอรอฟสไกต์ไปใช้ในเชิงพาณิชย์ แต่เพอรอฟสไกต์ก็ยังคงเป็นหัวข้อของการวิจัยและการลงทุนอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากบริษัทต่างๆ จำนวนมากต่างต้องการใช้ประโยชน์จากศักยภาพของเพอรอฟสไกต์ จึงถือเป็นเวลาที่ดีในการเรียนรู้เกี่ยวกับเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ เทคโนโลยีของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้ และความแตกต่างจากเซลล์แสงอาทิตย์แบบดั้งเดิม

สารบัญ
เพอรอฟสไกต์คืออะไร?
เซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ทำอย่างไร?
เซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ประเภทต่างๆ
เซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite เทียบกับเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนผลึก
สรุป

เพอรอฟสไกต์คืออะไร?

ต่างจากผลึก ซิลิคอนเพอรอฟสไกต์เป็นกลุ่มของวัสดุที่มีโครงสร้างผลึกเฉพาะตัวคล้ายกับแร่ที่มีชื่อเดียวกันซึ่งค้นพบครั้งแรกในรัสเซียในปี พ.ศ. 1839 อย่างไรก็ตาม จนกระทั่งในปี พ.ศ. 2006 เพอรอฟสไกต์จึงได้รับการวิจัยในฐานะวัสดุที่ดูดซับเป็นครั้งแรก โดยผลการวิจัยดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ในสามปีต่อมาในปี พ.ศ. 2009

เพอรอฟสไกต์มีอยู่หลายประเภท เพอรอฟสไกต์ชนิดแรกที่ค้นพบประกอบด้วยแคลเซียมไททาเนียมออกไซด์ ต่อมามีการค้นพบเพอรอฟสไกต์หลายประเภท รวมถึงประเภทที่มีเมทิลแอมโมเนียมเลดไตรไอโอไดด์ อย่างไรก็ตาม เพอรอฟสไกต์ที่เป็นประโยชน์ต่ออุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์มากที่สุดคือเพอรอฟสไกต์ประเภท รัตนากร ประกอบด้วยโมเลกุลอินทรีย์และอนินทรีย์ที่เชื่อมต่อกับอะตอมของดีบุกหรือตะกั่ว

Perovskites เป็นแร่ที่มีแนวโน้มดีที่สุดจาก 3 แร่^rd รุ่น แผงเซลล์แสงอาทิตย์ (PV) ทำให้ระบบดังกล่าวกลายเป็นผู้เปลี่ยนเกมในอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ ในช่วง 4 ปีที่ผ่านมา พบว่าประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์เพิ่มขึ้นจากน้อยกว่า XNUMX% เป็นมากกว่า 20% . ในอีก 15 ปีข้างหน้า คาดว่าประสิทธิภาพจะเพิ่มขึ้นอีกจนแซงหน้า 30% ด้วยเหตุนี้ จึงเชื่อกันว่าเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์มีศักยภาพที่จะมาแทนที่แผงเซลล์แสงอาทิตย์ c-Si แบบดั้งเดิมและโฟโตวอลตาอิคส์แบบฟิล์มบางส่วนใหญ่ได้

เซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ทำอย่างไร?

หากจะพูดให้เข้าใจง่ายๆ เซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ถูกสร้างขึ้นโดยผ่านกระบวนการที่เรียกว่า "เคมีแบบเปียก" โดยที่วัสดุต่างๆ เช่น เมทิลแอมโมเนียมฮาไลด์ เมทิลแอมโมเนียมเลดไอโอไดด์ และสารเติมแต่งอื่นๆ จะถูกผสมเข้าด้วยกันในสารละลาย ส่วนผสมนี้สามารถนำไปใช้กับกระจก โลหะออกไซด์ เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิกอน โพลิเมอร์แบบยืดหยุ่น หรือแม้แต่ไม้โปร่งใส

การเคลือบสารละลายเพอรอฟสไกต์บนวัสดุฐานทำได้โดยการหมุนเคลือบ ซึ่งใช้หลักการเดียวกันกับเครื่อง Spin-Art ที่เด็กๆ ใช้ โดยจะฉีดพ่นหรือหยดสารละลายลงบนวัสดุ จากนั้นจึงหมุนวัสดุด้วยความเร็วสูงเพื่อให้สารละลายกระจายตัวเป็นชั้นบางๆ อย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิว เมื่อตัวทำละลายในส่วนผสมระเหยออกไป จะเหลือเพียงชั้นผลึกเพอรอฟสไกต์บางๆ ที่สามารถต่อเข้ากับเซลล์แสงอาทิตย์ได้อย่างง่ายดาย

อย่างไรก็ตาม มีมากกว่าเพียงวิธีเดียวในการผลิตเพอรอฟสไกต์ พลังงานแสงอาทิตย์เช่น การช่วยเหลือด้วยไอ การสะสมสองขั้นตอน และการสะสมไอความร้อน

เซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ประเภทต่างๆ

โดยรวมแล้วเซลล์แสงอาทิตย์ทั้งหมดมีสิ่งที่เหมือนกัน ได้แก่ ชั้นลบอย่างน้อยหนึ่งชั้น ชั้นบวกของวัสดุโฟโตวอลตาอิก และอิเล็กโทรดด้านหน้าและด้านหลังที่มีสภาพเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า อิเล็กโทรดจะพาอิเล็กตรอนที่มีประจุจากดวงอาทิตย์จากชั้นลบไปตามสายไฟเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้าก่อนจะนำอิเล็กตรอนเหล่านั้นกลับไปยังชั้นบวก นอกจากนี้ หลังจากติดตั้งในโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์แล้ว เซลล์แสงอาทิตย์ทั้งหมดจะถูกปิดผนึกในชั้นหุ้มเพื่อป้องกันความเสียหายจากสภาพอากาศ

ทีนี้เมื่อพูดถึงประเภทต่างๆ ของ เซลล์แสงอาทิตย์ perovskiteเซลล์ทั้งสองประเภทมีความสำคัญสูง ได้แก่ เซลล์แบบฟิล์มบางและเซลล์แบบแทนเด็ม เซลล์แบบฟิล์มบางมีเฉพาะเพอรอฟสไกต์เป็นวัสดุโฟโตวอลตาอิกเท่านั้น ในขณะที่เซลล์แบบแทนเด็มอาจมีเพอรอฟสไกต์หลายชั้นหรือเพอรอฟสไกต์บางๆ ทับบนชั้นซิลิคอนผลึก

นอกจากนี้ยังมีเซลล์แบบฟิล์มบางเรียงกันด้วย ที่นี่ เซลล์ประกอบด้วย ทองแดง ชั้นอินเดียมแกลเลียมเซเลไนด์ (CIGS) ที่เคลือบด้วยชั้นเพอรอฟสไกต์ เซลล์แบบแทนเด็มฟิล์มบางถือเป็นเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ที่สมบูรณ์แบบอยู่แล้ว

เซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite เทียบกับเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนผลึก

เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนผลึกซึ่งถือเป็นเทคโนโลยีที่ได้รับการพัฒนาและมีกระบวนการผลิตจำนวนมากที่ได้รับการยอมรับ ถือเป็นบรรทัดฐานในอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์มานานหลายทศวรรษ เซลล์แสงอาทิตย์เหล่านี้มีโครงสร้าง AI-BSF โดยใช้ c-Si แบบโมโนคริสตัลไลน์หรือโพลีคริสตัลไลน์ในชั้นดูดซับ

ความแตกต่างที่น่าสนใจระหว่างเพอรอฟสไกต์และ c-Si คือศักยภาพในการดูดซับแสง เพอรอฟสไกต์ เซลล์ สามารถตอบสนองกับสีต่างๆ ในสเปกตรัมของแสงอาทิตย์ได้หลากหลาย ในขณะที่ c-Si สามารถดูดซับแสงที่มีความยาวคลื่นเท่ากับหรือมากกว่า 1,100 นาโนเมตรเท่านั้น เนื่องมาจากโครงสร้างของเซลล์เพอรอฟสไกต์ที่ทำให้อิเล็กตรอนสามารถทะลุผ่านชั้นหนาๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้สามารถแปลงแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าได้มากขึ้น ส่งผลให้เพอรอฟสไกต์มีประสิทธิภาพมากขึ้น

ประสิทธิภาพสูงสุดที่บันทึกไว้ของเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์คือ 29.15%, เมื่อเทียบกับเซลล์แสงอาทิตย์ c-Si ที่มีค่าต่ำกว่า 25.4% เมื่อพิจารณาว่าซิลิคอนผลึก Al-BSF เป็นเทคโนโลยีที่มีการพัฒนาอย่างก้าวกระโดด นี่จึงพิสูจน์ให้เห็นถึงศักยภาพอันน่าสัญญาของแผงเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์

สุดท้ายคือ เพอรอฟสไกต์ พลังงานแสงอาทิตย์ วัสดุที่มีศักยภาพต่ำและมีต้นทุนการประมวลผลต่ำ นอกจากนี้ยังสามารถผลิตได้หลายสี ทำให้ผู้บริโภคสามารถปรับแต่งผลิตภัณฑ์ตามความต้องการได้ คุณสมบัติเพิ่มเติมของเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ เช่น ความยืดหยุ่น น้ำหนักเบา และโปร่งแสง ทำให้บรรดานักวิจัยและนักออกแบบอิเล็กทรอนิกส์เชื่อมั่นว่าเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์สามารถทดแทน c-Si ได้ เทคโนโลยี ในระยะยาว.

เมื่อไหร่ผู้คนสามารถซื้อเซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite ได้? ข้อสรุป

นักวิจัยและผู้เชี่ยวชาญด้าน พลังงานทดแทน อุตสาหกรรมมองว่าเพอรอฟสไกต์เป็นวัสดุที่มีแนวโน้มดีในการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ราคาถูก มีประสิทธิภาพ และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ด้วยเหตุนี้ ธุรกิจและองค์กรจำนวนมากจึงกำลังศึกษาวิจัยศักยภาพของเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์อยู่ในขณะนี้ ซึ่งรวมถึงห้องปฏิบัติการพลังงานหมุนเวียนแห่งชาติ (NREL), Oxford PV, Qcells และอื่นๆ แม้ว่าเซลล์ที่พวกเขาผลิตจะเป็นเซลล์ทดสอบขนาดเท่าแสตมป์ ซึ่งยังไม่พร้อมจำหน่ายให้กับสาธารณชน แต่การนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ในวงกว้างอาจอยู่ไม่ไกล