Perovskiet-zonnecellen: de toekomst van hernieuwbare energie?

Perovskiet is een klasse materialen met een kristalstructuur die lijkt op het mineraal perovskiet, dat eind 19e eeuw voor het eerst in Rusland werd ontdekt. Perovskieten blijken een breed scala aan interessante eigenschappen te vertonen, zoals piëzo-elektriciteit, ferro-elektriciteit en halfgeleiding, waardoor ze bruikbaar zijn voor een verscheidenheid aan toepassingen. De afgelopen jaren hebben perovskieten veel aandacht gekregen op het gebied van fotovoltaïsche energie vanwege hun hoge vermogen. conversie-efficiëntie (PCE) en lage productiekosten. Er is aangetoond dat perovskietzonnecellen (PSC's) een PCE van meer dan 25% behalen, wat vergelijkbaar is met of zelfs hoger is dan dat van traditionele op silicium gebaseerde zonnecellen. Bovendien kunnen perovskieten eenvoudig worden gesynthetiseerd met behulp van op oplossingen gebaseerde methoden, waardoor ze een veelbelovende kandidaat zijn voor grootschalige productie. Perovskietmaterialen zijn ook onderzocht voor andere toepassingen, zoals LED's, lasers en sensoren. Er zijn echter nog veel uitdagingen die moeten worden aangepakt voordat perovskieten op grote schaal in deze toepassingen kunnen worden gebruikt, zoals stabiliteit en schaalbaarheid. Wat zijn de voordelen van het gebruik van perovskietzonnecellen? Er zijn verschillende voordelen van het gebruik van perovskietzonnecellen (PSC's) ten opzichte van traditionele op silicium gebaseerde zonnecellen:
1. Hoge energieconversie-efficiëntie (PCE): Van PSC's is aangetoond dat ze een PCE van meer dan 25% behalen, wat vergelijkbaar is met of zelfs hoger dan dat van traditionele op silicium gebaseerde zonnecellen. Lage productiekosten: Perovskieten kunnen eenvoudig worden gesynthetiseerd met behulp van op oplossingen gebaseerde methoden, waardoor ze een veelbelovende kandidaat zijn voor productie op grote schaal.
3. Flexibele substraten: PSC's kunnen op flexibele substraten worden vervaardigd, wat de ontwikkeling van flexibele en lichtgewicht zonnepanelen mogelijk maakt.
4. Hoge nullastspanning (Voc): Het is aangetoond dat PSC's hoge Voc-waarden bereiken, wat gunstig is voor het verhogen van de efficiëntie van de zonnecel. Lage door licht geïnduceerde degradatie: PSC's blijken minder gevoelig te zijn voor door licht geïnduceerde degradatie vergeleken met traditionele op silicium gebaseerde zonnecellen. Hoge mobiliteit van ladingsdragers: Perovskieten hebben een hoge mobiliteit van ladingsdragers, wat snel elektronentransport en een hoge energieconversie-efficiëntie mogelijk maakt. Schaalbare fabricage: Perovskietmaterialen kunnen eenvoudig worden gesynthetiseerd met behulp van op oplossingen gebaseerde methoden, waardoor ze een veelbelovende kandidaat zijn voor grootschalige productie.
8. Hoge thermische stabiliteit: PSC's blijken stabiel te zijn onder hoge temperaturen, wat belangrijk is voor buitentoepassingen.
9. Lage grondstoffenkosten: De grondstoffen die worden gebruikt om perovskieten te maken zijn relatief goedkoop en overvloedig aanwezig, wat tot lagere productiekosten zou kunnen leiden.
10. Potentieel voor tandemzonnecellen: PSC's kunnen eenvoudig worden geïntegreerd in tandemzonnecellen, wat zou kunnen leiden tot een nog hogere efficiëntie en betere prestaties. Wat zijn de uitdagingen van het gebruik van perovskietzonnecellen? Ondanks de vele voordelen van het gebruik van perovskietzonnecellen (PSC's), Er zijn nog steeds verschillende uitdagingen die moeten worden aangepakt voordat ze op grote schaal kunnen worden toegepast: 1. Stabiliteit: PSC's bevinden zich nog in de beginfase van hun ontwikkeling en hun stabiliteit bij langdurige blootstelling aan licht en hitte is nog steeds een punt van zorg. Schaalbaarheid: Hoewel perovskieten eenvoudig kunnen worden gesynthetiseerd met behulp van op oplossingen gebaseerde methoden, is het opschalen van het productieproces om aan de eisen van grootschalige productie van zonnecellen te voldoen nog steeds een uitdaging. Materiaaluniformiteit: Uniformiteit van het perovskietmateriaal is cruciaal voor hoge efficiëntie en stabiliteit, maar het bereiken van uniformiteit kan een uitdaging zijn. Grensvlakproblemen: De grensvlakken tussen de perovskietlaag en andere lagen in de zonnecel kunnen gevoelig zijn voor defecten en recombinatie, wat kan leiden tot efficiëntieverliezen. Hygroscopiciteit: Perovskieten zijn gevoelig voor vocht, wat kan leiden tot degradatie en verminderde stabiliteit.
6. Toxiciteit: Sommige perovskietmaterialen zijn giftig gebleken, wat tijdens de productie en verwijdering risico's voor het milieu en de gezondheid kan opleveren.
7. Hoge grondstoffenkosten: Hoewel de grondstoffen die worden gebruikt om perovskieten te maken relatief goedkoop zijn, kunnen de hoge kosten van andere componenten zoals elektroden en substraten PSC's nog steeds duurder maken dan traditionele zonnecellen. Beperkt begrip van de fysica: Er is nog steeds een beperkt begrip van de fysica achter perovskietzonnecellen, wat het moeilijk maakt om hun prestaties en stabiliteit te optimaliseren.
9. Moeilijkheden bij het bereiken van uniformiteit: Uniformiteit van het perovskietmateriaal is cruciaal voor hoge efficiëntie en stabiliteit, maar het bereiken van uniformiteit kan een uitdaging zijn. Beperkte houdbaarheid: PSC's hebben een beperkte houdbaarheid vanwege hun gevoeligheid voor vocht en licht, wat kan leiden tot degradatie en verminderde stabiliteit. Wat zijn de potentiële toepassingen van perovskietzonnecellen? Perovskietzonnecellen (PSC's) hebben het potentieel om een revolutie teweeg te brengen in de zonne-energie-industrie vanwege hun hoge energieconversie-efficiëntie (PCE), lage productiekosten en flexibele substraten. Enkele mogelijke toepassingen van PSC's zijn:
1. Zonneramen: PSC's kunnen worden geïntegreerd in zonneramen, wat een nieuwe bron van hernieuwbare energie voor gebouwen en woningen zou kunnen bieden.
2. Gebouwgeïntegreerde fotovoltaïsche zonne-energie (BIPV): PSC's kunnen eenvoudig in de gevels van gebouwen worden geïntegreerd en vormen zo een nieuwe bron van hernieuwbare energie voor commerciële en residentiële gebouwen. Draagbare elektronica: PSC's kunnen worden gebruikt om draagbare elektronica zoals smartwatches en fitnesstrackers van stroom te voorzien. Lucht- en ruimtevaarttoepassingen: PSC's kunnen worden gebruikt om satelliet- en vliegtuigsystemen van stroom te voorzien, waardoor ze op afgelegen locaties een betrouwbare bron van hernieuwbare energie kunnen vormen. Energieopslag: PSC's kunnen worden gebruikt om energie op te slaan in de vorm van elektriciteit, die kan worden gebruikt om huizen en bedrijven van stroom te voorzien tijdens perioden met weinig zonlicht of wanneer het elektriciteitsnet uitvalt. Medische apparaten: PSC's kunnen worden gebruikt om medische apparaten zoals pacemakers en insulinepompen van stroom te voorzien, waardoor patiënten een betrouwbare bron van hernieuwbare energie kunnen krijgen. Landbouwtoepassingen: PSC's kunnen worden gebruikt om landbouwsystemen zoals irrigatiesystemen en kassen van stroom te voorzien, waardoor boeren een betrouwbare bron van hernieuwbare energie kunnen krijgen.8. Hulp bij rampen: PSC's kunnen worden gebruikt om noodstroom te leveren tijdens natuurrampen of netstoringen, waardoor een betrouwbare bron van hernieuwbare energie ontstaat voor eerstehulpverleners en hulpverleners. Ruimteverkenning: PSC's kunnen worden gebruikt voor het aandrijven van ruimtevaartuigen en andere in de ruimte gestationeerde systemen, waardoor een betrouwbare bron van hernieuwbare energie ontstaat voor ruimtemissies. Milieumonitoring: PSC's kunnen worden gebruikt om systemen voor milieumonitoring, zoals luchtkwaliteitssensoren en waterkwaliteitssensoren, van stroom te voorzien, waardoor een betrouwbare bron van hernieuwbare energie ontstaat voor monitoringtoepassingen op afstand.