Perovskit napelemek: a megújuló energia jövője?

A perovszkit olyan anyagok osztálya, amelyek kristályszerkezete hasonló a perovszkit ásványhoz, amelyet először Oroszországban fedeztek fel a 19. század végén. A perovszkitokról kiderült, hogy számos érdekes tulajdonságot mutatnak, mint például piezoelektromosság, ferroelektromosság és félvezető képesség, így számos felhasználási területen hasznosak lehetnek. Az elmúlt években a perovszkitok nagy erejük miatt jelentős figyelmet kaptak a fotovoltaikában konverziós hatékonyság (PCE) és alacsony gyártási költségek. Kimutatták, hogy a perovskit napelemek (PSC) 25% feletti PCE-t érnek el, ami összehasonlítható vagy még magasabb a hagyományos szilícium alapú napelemekénél. Ezenkívül a perovszkitok könnyen szintetizálhatók megoldás-alapú módszerekkel, ami ígéretes jelöltté teszi őket a nagyszabású gyártáshoz. A perovszkit anyagokat más alkalmazásokhoz, például LED-ekhez, lézerekhez és érzékelőkhöz is feltárták. Azonban még mindig számos kihívással kell foglalkozni, mielőtt a perovszkitokat széles körben felhasználnák ezekben az alkalmazásokban, mint például a stabilitás és a méretezhetőség. Mik a perovszkit napelemek használatának előnyei? A perovszkit napelemek (PSC) használatának számos előnye van. hagyományos szilícium alapú napelemekkel szemben:
1. Nagy teljesítményátalakítási hatékonyság (PCE): A PSC-k 25% feletti PCE-t érnek el, ami a hagyományos szilícium alapú napelemekéhez hasonlítható vagy még magasabb is.
2. Alacsony előállítási költségek: A perovszkitok könnyen szintetizálhatók megoldás alapú módszerekkel, ami ígéretes jelöltté teszi a nagyüzemi gyártáshoz.
3. Rugalmas szubsztrátumok: PSC-k flexibilis aljzatokon is gyárthatók, ami rugalmas és könnyű napelemek kifejlesztését teszi lehetővé.
4. Magas nyitott áramköri feszültség (Voc): A PSC-kről kimutatták, hogy magas Voc értékeket érnek el, ami előnyös a napelem hatékonyságának növelése szempontjából.
5. Alacsony fény által kiváltott lebomlás: A PSC-kről kiderült, hogy a hagyományos szilícium alapú napelemekhez képest kevésbé érzékenyek a fény által kiváltott degradációra.
6. Nagy töltéshordozó mobilitás: A perovszkiták nagy töltéshordozó mobilitást mutatnak, ami gyors elektronszállítást és nagy teljesítményátalakítási hatékonyságot tesz lehetővé.
7. Méretezhető gyártás: A perovskit anyagok könnyen szintetizálhatók megoldás alapú módszerekkel, ami ígéretes jelöltté teszi őket a nagyüzemi gyártáshoz.
8. Magas termikus stabilitás: A PSC-ket magas hőmérsékleten stabilnak találták, ami kültéri alkalmazásoknál fontos.
9. Alacsony nyersanyagköltség: A perovszkit előállításához használt nyersanyagok viszonylag olcsók és bőségesek, ami alacsonyabb termelési költségekhez vezethet.
10. A tandem napelemek potenciálja: A PSC-k könnyen integrálhatók tandem napelemekbe, ami még nagyobb hatékonyságot és jobb teljesítményt eredményezhet.
Milyen kihívásokkal jár a perovszkit napelemek használata?
A perovszkit napelemek (PSC) használatának számos előnye ellenére, még mindig számos kihívással kell foglalkozni, mielőtt széles körben alkalmaznák őket:
1. Stabilitás: A PSC-k még a fejlesztés korai szakaszában vannak, és stabilitásuk hosszú távú fény- és hőhatás mellett továbbra is aggodalomra ad okot.
2. Méretezhetőség: Míg a perovszkitok könnyen szintetizálhatók megoldás-alapú módszerekkel, a gyártási folyamat felskálázása a nagyméretű napelem-gyártás igényeinek megfelelően továbbra is kihívást jelent.
3. Anyag egyenletessége: A perovszkit anyag egyenletessége kulcsfontosságú a nagy hatékonyság és stabilitás szempontjából, de az egyenletesség elérése kihívást jelenthet.
4. Interface-problémák: A perovszkit réteg és a napelem más rétegei közötti interfészek hajlamosak lehetnek hibákra és rekombinációra, ami hatékonyságcsökkenéshez vezethet.
5. Higroszkóposság: A perovskitok érzékenyek a nedvességre, ami degradációhoz és csökkent stabilitáshoz vezethet.
6. Toxicitás: Egyes perovszkit anyagokat mérgezőnek találták, ami környezeti és egészségügyi kockázatot jelenthet a gyártás és az ártalmatlanítás során.
7. Magas nyersanyagköltség: Míg a perovszkitok előállításához használt nyersanyagok viszonylag olcsók, más alkatrészek, például elektródák és hordozók magas költsége még mindig drágábbá teheti a PSC-ket, mint a hagyományos napelemek.
8. A fizika korlátozott ismerete: A perovszkit napelemek mögött meghúzódó fizikáról még mindig korlátozott a tudás, ami megnehezíti teljesítményük és stabilitásuk optimalizálását.
9. Nehézségek az egyenletesség elérésében: A perovszkit anyag egyenletessége döntő fontosságú a nagy hatékonyság és stabilitás szempontjából, de az egyenletesség elérése kihívást jelenthet.
10. Korlátozott eltarthatósági idő: A PSC-k eltarthatósági ideje korlátozott a nedvességre és fényre való érzékenységük miatt, ami leromláshoz és csökkent stabilitáshoz vezethet.
Milyen lehet a perovszkit napelemek lehetséges alkalmazása?
A perovskit napelemek (PSC) forradalmasíthatják a a napenergia-ipar nagy teljesítménykonverziós hatékonyságának (PCE), alacsony gyártási költségének és rugalmas hordozóinak köszönhetően. A PSC-k néhány lehetséges alkalmazása a következők:
1. Napelemes ablakok: Napelemes ablakokba integrálhatók a PSC-k, amelyek új megújuló energiaforrást jelenthetnek az épületek és otthonok számára.
2. Épületbe integrált fotovoltaik (BIPV): A PSC-k könnyen integrálhatók az épületek homlokzatába, új megújuló energiaforrást biztosítva a kereskedelmi és lakóépületek számára.
3. Viselhető elektronika: A PSC-k használhatók hordható elektronikai eszközök, például okosórák és fitneszkövetők táplálására.
4. Repülési alkalmazások: A PSC-ket fel lehetne használni műholdas és repülőgép-rendszerek táplálására, megbízható megújuló energiaforrást biztosítva távoli helyeken.
5. Energiatárolás: A PSC-k felhasználhatók energia tárolására elektromos áram formájában, amelyet otthonok és vállalkozások áramellátására használhatnának fel alacsony napsütéses időszakokban, vagy amikor a hálózat leállt.
6. Orvosi eszközök: A PSC-k felhasználhatók orvosi eszközök, például pacemakerek és inzulinpumpák táplálására, megbízható megújuló energiaforrást biztosítva a betegek számára.
7. Mezőgazdasági alkalmazások: A PSC-k felhasználhatók mezőgazdasági rendszerek, például öntözőrendszerek és üvegházak táplálására, megbízható megújuló energiaforrást biztosítva a gazdálkodók számára.
8. Katasztrófaelhárítás: A PSC-ket fel lehetne használni vészhelyzeti áramellátásra természeti katasztrófák vagy hálózati meghibásodások idején, megbízható megújuló energiaforrást biztosítva az elsősegélynyújtók és a segélynyújtók számára.
9. Űrkutatás: A PSC-ket fel lehetne használni űrhajók és más űralapú rendszerek táplálására, megbízható megújuló energiaforrást biztosítva a mélyűri küldetésekhez.
10. Környezetfigyelés: A PSC-k felhasználhatók környezeti megfigyelő rendszerek, például levegőminőség-érzékelők és vízminőség-érzékelők táplálására, megbízható megújuló energiaforrást biztosítva a távfelügyeleti alkalmazásokhoz.