Perovskitové solární články: Budoucnost obnovitelné energie?

Perovskit je třída materiálů, které mají krystalickou strukturu podobnou minerálu perovskitu, který byl poprvé objeven v Rusku koncem 19. století. Bylo zjištěno, že perovskity vykazují širokou škálu zajímavých vlastností, jako je piezoelektřina, feroelektřina a polovodivost, díky čemuž jsou užitečné pro různé aplikace. účinnost konverze (PCE) a nízké výrobní náklady. Bylo prokázáno, že perovskitové solární články (PSC) dosahují PCE přes 25 %, což je srovnatelné nebo dokonce vyšší než u tradičních solárních článků na bázi křemíku. Kromě toho lze perovskity snadno syntetizovat pomocí metod založených na řešeních, což z nich činí slibného kandidáta pro výrobu ve velkém měřítku. Stále však existuje mnoho problémů, které je třeba vyřešit, než budou perovskity v těchto aplikacích široce používány, jako je stabilita a škálovatelnost.…Jaké jsou výhody používání perovskitových solárních článků?…Používání perovskitových solárních článků (PSC) má několik výhod. oproti tradičním solárním článkům na bázi křemíku:
1. Vysoká účinnost konverze energie (PCE): Bylo prokázáno, že PSC dosahují hodnoty PCE přes 25 %, což je srovnatelné nebo dokonce vyšší než u tradičních solárních článků na bázi křemíku.
2. Nízké výrobní náklady: Perovskity lze snadno syntetizovat pomocí metod založených na řešení, což z nich činí slibného kandidáta pro výrobu ve velkém měřítku.
3. Flexibilní substráty: PSC mohou být vyrobeny na pružných substrátech, což umožňuje vývoj flexibilních a lehkých solárních panelů.
4. Vysoké napětí naprázdno (Voc): Bylo prokázáno, že PSC dosahují vysokých hodnot Voc, což je výhodné pro zvýšení účinnosti solárního článku.
5. Nízká degradace způsobená světlem: Bylo zjištěno, že PSC jsou méně náchylné k degradaci způsobené světlem ve srovnání s tradičními solárními články na bázi křemíku.
6. Vysoká mobilita nosičů náboje: Perovskity mají vysokou mobilitu nosičů náboje, což umožňuje rychlý transport elektronů a vysokou účinnost přeměny energie.
7. Škálovatelná výroba: Perovskitové materiály lze snadno syntetizovat pomocí metod založených na řešení, což z nich činí slibného kandidáta pro výrobu ve velkém měřítku.
8. Vysoká tepelná stabilita: Bylo zjištěno, že PSC jsou stabilní při vysokých teplotách, což je důležité pro venkovní aplikace.
9. Nízké náklady na suroviny: Suroviny používané k výrobě perovskitů jsou relativně levné a hojné, což by mohlo vést ke snížení výrobních nákladů.
10. Potenciál pro tandemové solární články: PSC lze snadno integrovat do tandemových solárních článků, což by mohlo vést k ještě vyšší účinnosti a lepšímu výkonu.
Jaké jsou výzvy používání perovskitových solárních článků?
Navzdory mnoha výhodám používání perovskitových solárních článků (PSC), stále existuje několik problémů, které je třeba vyřešit, než budou moci být široce přijaty:
1. Stabilita: PSC jsou stále v raných fázích vývoje a jejich stabilita při dlouhodobém vystavení světlu a teplu je stále problémem.
2. Škálovatelnost: Zatímco perovskity lze snadno syntetizovat pomocí metod založených na řešení, škálování výrobního procesu tak, aby vyhovoval požadavkům výroby solárních článků ve velkém měřítku, je stále výzvou.
3. Uniformita materiálu: Uniformita perovskitového materiálu je zásadní pro vysokou účinnost a stabilitu, ale dosažení jednotnosti může být náročné.
4. Problémy s rozhraním: Rozhraní mezi vrstvou perovskitu a ostatními vrstvami v solárním článku může být náchylné k defektům a rekombinaci, což může vést ke ztrátám účinnosti.
5. Hygroskopicita: Perovskity jsou citlivé na vlhkost, což může vést k degradaci a snížení stability.
6. Toxicita: U některých perovskitových materiálů bylo zjištěno, že jsou toxické, což může při výrobě a likvidaci představovat environmentální a zdravotní rizika.
7. Vysoké náklady na suroviny: Zatímco suroviny používané k výrobě perovskitů jsou relativně levné, vysoké náklady na další součásti, jako jsou elektrody a substráty, mohou PSC stále prodražit než tradiční solární články.
8. Omezené chápání fyziky: Stále existuje omezené chápání fyziky perovskitových solárních článků, což ztěžuje optimalizaci jejich výkonu a stability.…9. Obtížnost dosažení jednotnosti: Jednotnost perovskitového materiálu je zásadní pro vysokou účinnost a stabilitu, ale dosažení jednotnosti může být náročné.
10. Omezená skladovatelnost: PSC mají omezenou skladovatelnost kvůli své citlivosti na vlhkost a světlo, což může vést k degradaci a snížené stabilitě.
Jaké jsou potenciální aplikace perovskitových solárních článků?
Perovskitové solární články (PSC) mají potenciál způsobit revoluci solární energie díky jejich vysoké účinnosti přeměny energie (PCE), nízkým výrobním nákladům a flexibilním substrátům. Některé potenciální aplikace PSC zahrnují:
1. Solární okna: PSC lze integrovat do solárních oken, což by mohlo poskytnout nový zdroj obnovitelné energie pro budovy a domácnosti.
2. Fotovoltaika integrovaná do budovy (BIPV): PSC lze snadno integrovat do fasád budov a poskytnout tak nový zdroj obnovitelné energie pro komerční a obytné budovy.
3. Nositelná elektronika: PSC lze použít k napájení nositelné elektroniky, jako jsou chytré hodinky a fitness trackery.
4. Letecké aplikace: PSC by mohly být použity k napájení satelitních a leteckých systémů, které poskytují spolehlivý zdroj obnovitelné energie ve vzdálených lokalitách.
5. Skladování energie: PSC by mohly být použity k ukládání energie ve formě elektřiny, která by mohla být použita k napájení domácností a podniků během období slabého slunečního světla nebo když je síť mimo provoz.
6. Lékařské přístroje: PSC by mohly být použity k napájení lékařských přístrojů, jako jsou kardiostimulátory a inzulínové pumpy, poskytující pacientům spolehlivý zdroj obnovitelné energie.
7. Zemědělské aplikace: PSC by mohly být použity k napájení zemědělských systémů, jako jsou zavlažovací systémy a skleníky, poskytující farmářům spolehlivý zdroj obnovitelné energie.
8. Pomoc při katastrofách: PSC by mohly být použity k poskytování nouzového napájení během přírodních katastrof nebo selhání sítě, poskytující spolehlivý zdroj obnovitelné energie pro první zasahující a pomocné pracovníky.
9. Průzkum vesmíru: PSC by mohly být použity k napájení kosmických lodí a dalších vesmírných systémů, které poskytují spolehlivý zdroj obnovitelné energie pro mise do hlubokého vesmíru.
10. Monitorování prostředí: PSC by mohly být použity k napájení systémů monitorování životního prostředí, jako jsou senzory kvality vzduchu a senzory kvality vody, které poskytují spolehlivý zdroj obnovitelné energie pro aplikace vzdáleného monitorování.