Perovskite-aurinkokennot: uusiutuvan energian tulevaisuus?

Perovskiitti on materiaaliluokka, jonka kiderakenne on samanlainen kuin mineraaliperovskiitilla, joka löydettiin ensimmäisen kerran Venäjältä 1800-luvun lopulla. Perovskiiteilla on havaittu olevan laaja valikoima mielenkiintoisia ominaisuuksia, kuten pietsosähköisyys, ferrosähköisyys ja puolijohtavuus, mikä tekee niistä hyödyllisiä moniin eri sovelluksiin.
Viime vuosina perovskiitit ovat saaneet merkittävää huomiota aurinkosähkön alalla niiden suuren tehonsa ansiosta. muunnostehokkuus (PCE) ja alhaiset tuotantokustannukset. Perovskite aurinkokennojen (PSC) on osoitettu saavuttavan yli 25 % PCE:n, mikä on verrattavissa tai jopa korkeampi kuin perinteisten piipohjaisten aurinkokennojen. Lisäksi perovskiitteja voidaan helposti syntetisoida ratkaisupohjaisilla menetelmillä, mikä tekee niistä lupaavan ehdokkaan laajamittaiseen tuotantoon. Perovskiittimateriaaleja on tutkittu myös muihin sovelluksiin, kuten LEDeihin, lasereihin ja sensoreihin. On kuitenkin vielä ratkaistava monia haasteita, jotka on ratkaistava ennen kuin perovskiitteja voidaan käyttää laajasti näissä sovelluksissa, kuten vakaus ja skaalautuvuus. Mitä etuja perovskite-aurinkokennojen käytöstä on?
Perovskite-aurinkokennojen (PSC) käyttämisessä on useita etuja. perinteisiin piipohjaisiin aurinkokennoihin verrattuna:
1. Korkea tehon muunnostehokkuus (PCE): PSC:iden on osoitettu saavuttavan yli 25 % PCE:t, mikä on verrattavissa perinteisiin piipohjaisiin aurinkokennoihin tai jopa korkeampi.
2. Alhaiset tuotantokustannukset: Perovskiitit voidaan helposti syntetisoida ratkaisupohjaisilla menetelmillä, mikä tekee niistä lupaavan ehdokkaan laajamittaiseen tuotantoon.
3. Joustavat alustat: PSC:t voidaan valmistaa joustaville alustoille, mikä mahdollistaa joustavien ja kevyiden aurinkopaneelien kehittämisen.
4. Korkea avoimen piirin jännite (Voc): PSC:iden on osoitettu saavuttavan korkeat Voc-arvot, mikä on hyödyllistä aurinkokennon tehokkuuden lisäämisessä.
5. Vähäinen valon aiheuttama hajoaminen: PSC:iden on havaittu olevan vähemmän herkkiä valon aiheuttamalle hajoamiselle verrattuna perinteisiin piipohjaisiin aurinkokennoihin.
6. Suuri varauksenkuljettajan liikkuvuus: Perovskiiteilla on korkea varauskantajan liikkuvuus, mikä mahdollistaa nopean elektronien kuljetuksen ja korkean tehon muunnostehokkuuden.
7. Skaalautuva valmistus: Perovskiittimateriaalit voidaan helposti syntetisoida ratkaisupohjaisilla menetelmillä, mikä tekee niistä lupaavan ehdokkaan laajamittaiseen tuotantoon.
8. Korkea lämpöstabiilisuus: PSC:iden on todettu olevan stabiileja korkeissa lämpötiloissa, mikä on tärkeää ulkokäyttöön.
9. Raaka-aineiden alhaiset kustannukset: Perovskiittien valmistukseen käytetyt raaka-aineet ovat suhteellisen edullisia ja runsaasti, mikä voi johtaa tuotantokustannusten alenemiseen.
10. Potentiaalia tandem-aurinkokennoille: PSC:t voidaan helposti integroida tandem-aurinkokennoihin, mikä voisi johtaa vieläkin parempaan tehokkuuteen ja parempaan suorituskykyyn.
Mitä haasteita perovskite-aurinkokennoissa on?
Huolimatta perovskite-aurinkokennojen (PSC) käytön monista eduista, on vielä useita haasteita, joihin on vastattava, ennen kuin ne voidaan ottaa laajalti käyttöön:
1. Vakaus: PSC:t ovat vielä kehitysvaiheessa, ja niiden vakaus pitkäaikaisessa valolle ja lämmölle altistumisessa on edelleen huolenaihe.
2. Skaalautuvuus: Vaikka perovskiitit voidaan syntetisoida helposti ratkaisupohjaisilla menetelmillä, tuotantoprosessin skaalaaminen vastaamaan laajamittaisen aurinkokennojen valmistuksen vaatimuksia on edelleen haaste.
3. Materiaalin tasaisuus: Perovskiittimateriaalin tasaisuus on ratkaisevan tärkeää korkean tehokkuuden ja vakauden kannalta, mutta tasaisuuden saavuttaminen voi olla haastavaa.
4. Rajapintaongelmat: Perovskiittikerroksen ja aurinkokennon muiden kerrosten väliset rajapinnat voivat olla alttiita vioittumiselle ja rekombinaatiolle, mikä voi johtaa tehokkuuden menetyksiin.
5. Hygroskooppisuus: Perovskiitit ovat herkkiä kosteudelle, mikä voi johtaa hajoamiseen ja heikentyneeseen stabiilisuuteen.
6. Myrkyllisyys: Joidenkin perovskiittimateriaalien on havaittu olevan myrkyllisiä, mikä saattaa aiheuttaa ympäristö- ja terveysriskejä tuotannon ja hävittämisen aikana.
7. Korkeat raaka-aineiden kustannukset: Vaikka perovskiittien valmistukseen käytetyt raaka-aineet ovat suhteellisen edullisia, muiden komponenttien, kuten elektrodien ja substraattien, korkeat kustannukset voivat silti tehdä PSC:istä perinteisiä aurinkokennoja kalliimpia.
8. Rajallinen ymmärrys fysiikasta: Perovskite-aurinkokennojen taustalla olevasta fysiikasta on edelleen rajallinen ymmärrys, mikä vaikeuttaa niiden suorituskyvyn ja vakauden optimointia.
9. Vaikeus saavuttaa tasaisuus: Perovskiittimateriaalin tasaisuus on ratkaisevan tärkeää korkean tehokkuuden ja vakauden kannalta, mutta tasaisuuden saavuttaminen voi olla haastavaa.
10. Rajoitettu säilyvyysaika: PSC:illä on rajoitettu säilyvyysaika, koska ne ovat herkkiä kosteudelle ja valolle, mikä voi johtaa hajoamiseen ja heikentyneeseen vakauteen.
Mitä perovskite-aurinkokennojen mahdollisia sovelluksia voidaan käyttää?
Perovskite-aurinkokennot (PSC) voivat mullistaa aurinkoenergiateollisuudessa korkean tehon muunnostehokkuuden (PCE), alhaisten tuotantokustannusten ja joustavien alustojen ansiosta. Joitakin mahdollisia PSC-sovelluksia ovat:
1. Aurinkoikkunat: PSC:t voidaan integroida aurinkoikkunoihin, mikä voisi tarjota uuden uusiutuvan energian lähteen rakennuksiin ja koteihin.
2. Building-integrated photovoltaics (BIPV): PSC:t voidaan helposti integroida rakennusten julkisivuihin, mikä tarjoaa uuden uusiutuvan energian lähteen liike- ja asuinrakennuksiin.
3. Puettava elektroniikka: PSC:itä voidaan käyttää puettavan elektroniikan, kuten älykellojen ja kuntoilulaitteiden, virtalähteenä.
4. Ilmailu- ja avaruussovellukset: PSC:itä voitaisiin käyttää satelliitti- ja lentokonejärjestelmien virtalähteenä, mikä tarjoaa luotettavan uusiutuvan energian lähteen syrjäisissä paikoissa.
5. Energian varastointi: PSC:itä voitaisiin käyttää energian varastoimiseen sähkön muodossa, jota voitaisiin käyttää koteihin ja yrityksiin virranlähteenä vähäisen auringonpaisteen aikana tai kun verkko on poissa käytöstä.
6. Lääketieteelliset laitteet: PSC:itä voitaisiin käyttää lääketieteellisten laitteiden, kuten sydämentahdistimien ja insuliinipumppujen, virtalähteenä, mikä tarjoaa potilaille luotettavan uusiutuvan energian lähteen.
7. Maataloussovellukset: PSC:itä voitaisiin käyttää maatalousjärjestelmien, kuten kastelujärjestelmien ja kasvihuoneiden, tehostamiseen, mikä tarjoaa luotettavan uusiutuvan energian lähteen viljelijöille.
8. Katastrofiapu: PSC:itä voitaisiin käyttää hätävirran tuottamiseen luonnonkatastrofien tai verkkohäiriöiden aikana, mikä tarjoaa luotettavan uusiutuvan energian lähteen ensiapuhenkilöille ja avustustyöntekijöille.
9. Avaruustutkimus: PSC:itä voitaisiin käyttää avaruusalusten ja muiden avaruuteen perustuvien järjestelmien virtalähteenä, mikä tarjoaa luotettavan uusiutuvan energian lähteen syvän avaruuden tehtäviin.
10. Ympäristön seuranta: PSC:itä voitaisiin käyttää ympäristönvalvontajärjestelmien, kuten ilmanlaadun antureiden ja vedenlaadun antureiden, virtalähteenä, mikä tarjoaa luotettavan uusiutuvan energian lähteen etävalvontasovelluksiin.