Perowskit-Solarzellen: Die Zukunft der erneuerbaren Energien?

Perowskit ist eine Klasse von Materialien, deren Kristallstruktur dem Mineral Perowskit ähnelt, das erstmals Ende des 19. Jahrhunderts in Russland entdeckt wurde. Es wurde festgestellt, dass Perowskite eine Vielzahl interessanter Eigenschaften wie Piezoelektrizität, Ferroelektrizität und Halbleiterfähigkeit aufweisen, was sie für eine Vielzahl von Anwendungen nützlich macht.
In den letzten Jahren haben Perowskite aufgrund ihrer hohen Leistung im Bereich der Photovoltaik gro+e Aufmerksamkeit erlangt Umwandlungseffizienz (PCE) und niedrige Produktionskosten. Es hat sich gezeigt, dass Perowskit-Solarzellen (PSCs) einen PCE von über 25 % erreichen, was mit dem von herkömmlichen Solarzellen auf Siliziumbasis vergleichbar oder sogar höher ist. Darüber hinaus können Perowskite leicht mit lösungsbasierten Methoden synthetisiert werden, was sie zu einem vielversprechenden Kandidaten für die Produktion in gro+em Ma+stab macht.
Perowskit-Materialien wurden auch für andere Anwendungen wie LEDs, Laser und Sensoren untersucht. Es müssen jedoch noch viele Herausforderungen bewältigt werden, bevor Perowskite in diesen Anwendungen weit verbreitet eingesetzt werden können, wie z. B. Stabilität und Skalierbarkeit.
Was sind die Vorteile der Verwendung von Perowskit-Solarzellen?
Die Verwendung von Perowskit-Solarzellen (PSCs) bietet mehrere Vorteile. gegenüber herkömmlichen Solarzellen auf Siliziumbasis:
1. Hohe Leistungsumwandlungseffizienz (PCE): PSCs erreichen nachweislich einen PCE von über 25 %, was mit dem von herkömmlichen Solarzellen auf Siliziumbasis vergleichbar oder sogar höher ist.
2. Niedrige Produktionskosten: Perowskite lassen sich leicht mit lösungsbasierten Methoden synthetisieren, was sie zu einem vielversprechenden Kandidaten für die Produktion im gro+en Ma+stab macht.
3. Flexible Substrate: PSCs können auf flexiblen Substraten hergestellt werden, was die Entwicklung flexibler und leichter Solarmodule ermöglicht.
4. Hohe Leerlaufspannung (Voc): PSCs erreichen nachweislich hohe Voc-Werte, was sich positiv auf die Effizienzsteigerung der Solarzelle auswirkt.
5. Schwache lichtinduzierte Degradation: Es wurde festgestellt, dass PSCs im Vergleich zu herkömmlichen Solarzellen auf Siliziumbasis weniger anfällig für lichtinduzierte Degradation sind.
6. Hohe Ladungsträgermobilität: Perowskite verfügen über eine hohe Ladungsträgermobilität, die einen schnellen Elektronentransport und eine hohe Leistungsumwandlungseffizienz ermöglicht.
7. Skalierbare Herstellung: Perowskit-Materialien können mit lösungsbasierten Methoden leicht synthetisiert werden, was sie zu einem vielversprechenden Kandidaten für die Produktion im gro+en Ma+stab macht.
8. Hohe thermische Stabilität: Es wurde festgestellt, dass PSCs bei hohen Temperaturen stabil sind, was für Au+enanwendungen wichtig ist.
9. Niedrige Rohstoffkosten: Die zur Herstellung von Perowskiten verwendeten Rohstoffe sind relativ kostengünstig und reichlich vorhanden, was zu niedrigeren Produktionskosten führen könnte.
10. Potenzial für Tandem-Solarzellen: PSCs können problemlos in Tandem-Solarzellen integriert werden, was zu einem noch höheren Wirkungsgrad und einer besseren Leistung führen könnte.
Was sind die Herausforderungen bei der Verwendung von Perowskit-Solarzellen?
Trotz der vielen Vorteile der Verwendung von Perowskit-Solarzellen (PSCs) Es gibt noch einige Herausforderungen, die angegangen werden müssen, bevor sie allgemein übernommen werden können:
1. Stabilität: PSCs befinden sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium und ihre Stabilität unter langfristiger Einwirkung von Licht und Hitze gibt immer noch Anlass zur Sorge.
2. Skalierbarkeit: Während Perowskite mit lösungsbasierten Methoden leicht synthetisiert werden können, ist die Skalierung des Produktionsprozesses, um den Anforderungen der Solarzellenfertigung in gro+em Ma+stab gerecht zu werden, immer noch eine Herausforderung.
3. Materialgleichmä+igkeit: Die Gleichmä+igkeit des Perowskitmaterials ist für eine hohe Effizienz und Stabilität von entscheidender Bedeutung, das Erreichen der Gleichmä+igkeit kann jedoch eine Herausforderung sein.
4. Grenzflächenprobleme: Die Grenzflächen zwischen der Perowskitschicht und anderen Schichten in der Solarzelle können anfällig für Defekte und Rekombinationen sein, was zu Effizienzverlusten führen kann.
5. Hygroskopizität: Perowskite reagieren empfindlich auf Feuchtigkeit, was zu Zersetzung und verminderter Stabilität führen kann.
6. Toxizität: Es wurde festgestellt, dass einige Perowskit-Materialien giftig sind, was bei der Herstellung und Entsorgung zu Umwelt- und Gesundheitsrisiken führen kann.
7. Hohe Rohstoffkosten: Während die zur Herstellung von Perowskiten verwendeten Rohstoffe relativ günstig sind, können die hohen Kosten anderer Komponenten wie Elektroden und Substrate PSCs immer noch teurer machen als herkömmliche Solarzellen.
8. Begrenztes Verständnis der Physik: Das Verständnis der Physik hinter Perowskit-Solarzellen ist immer noch begrenzt, was es schwierig macht, ihre Leistung und Stabilität zu optimieren.
9. Schwierigkeiten beim Erreichen der Gleichmä+igkeit: Die Gleichmä+igkeit des Perowskit-Materials ist entscheidend für eine hohe Effizienz und Stabilität, aber das Erreichen der Gleichmä+igkeit kann eine Herausforderung sein.
10. Begrenzte Haltbarkeit: PSCs haben aufgrund ihrer Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit und Licht eine begrenzte Haltbarkeit, was zu Abbau und verminderter Stabilität führen kann.
Was sind die möglichen Anwendungen von Perowskit-Solarzellen?
Perowskit-Solarzellen (PSCs) haben das Potenzial, die zu revolutionieren Aufgrund ihrer hohen Leistungsumwandlungseffizienz (PCE), niedrigen Produktionskosten und flexiblen Substrate sind sie in der Solarenergiebranche beliebt. Einige potenzielle Anwendungen von PSCs umfassen:
1. Solarfenster: PSCs können in Solarfenster integriert werden, was eine neue Quelle erneuerbarer Energie für Gebäude und Häuser darstellen könnte.
2. Gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV): PSCs können problemlos in Gebäudefassaden integriert werden und stellen eine neue Quelle erneuerbarer Energie für Gewerbe- und Wohngebäude dar.
3. Tragbare Elektronik: PSCs können verwendet werden, um tragbare Elektronik wie Smartwatches und Fitness-Tracker mit Strom zu versorgen.
4. Luft- und Raumfahrtanwendungen: PSCs könnten zur Stromversorgung von Satelliten- und Flugzeugsystemen eingesetzt werden und so eine zuverlässige Quelle erneuerbarer Energie an abgelegenen Orten bereitstellen.
5. Energiespeicherung: PSCs könnten zur Speicherung von Energie in Form von Strom verwendet werden, der in Zeiten geringer Sonneneinstrahlung oder bei Netzausfällen zur Stromversorgung von Haushalten und Unternehmen genutzt werden könnte.
6. Medizinische Geräte: PSCs könnten verwendet werden, um medizinische Geräte wie Herzschrittmacher und Insulinpumpen anzutreiben und so eine zuverlässige Quelle erneuerbarer Energie für Patienten bereitzustellen.
7. Landwirtschaftliche Anwendungen: PSCs könnten verwendet werden, um landwirtschaftliche Systeme wie Bewässerungssysteme und Gewächshäuser anzutreiben und so eine zuverlässige Quelle erneuerbarer Energie für Landwirte bereitzustellen.
8. Katastrophenhilfe: PSCs könnten zur Notstromversorgung bei Naturkatastrophen oder Netzausfällen eingesetzt werden und so Ersthelfern und Hilfskräften eine zuverlässige Quelle erneuerbarer Energie bieten.
9. Weltraumforschung: PSCs könnten zum Antrieb von Raumfahrzeugen und anderen weltraumgestützten Systemen eingesetzt werden und so eine zuverlässige Quelle erneuerbarer Energie für Weltraummissionen bereitstellen.
10. Umweltüberwachung: PSCs könnten zur Stromversorgung von Umweltüberwachungssystemen wie Luftqualitätssensoren und Wasserqualitätssensoren verwendet werden und so eine zuverlässige Quelle erneuerbarer Energie für Fernüberwachungsanwendungen bereitstellen.