Perovskite solceller: fremtiden til fornybar energi?

Perovskitt er en klasse av materialer som har en krystallstruktur som ligner på mineralet perovskitt, som først ble oppdaget i Russland på slutten av 1800-tallet. Perovskitter har vist seg å utvise et bredt spekter av interessante egenskaper, som piezoelektrisitet, ferroelektrisitet og halvledning, noe som gjør dem nyttige for en rekke bruksområder.
I de siste årene har perovskitter fått betydelig oppmerksomhet innen fotovoltaikk på grunn av deres høye effekt. konverteringseffektivitet (PCE) og lave produksjonskostnader. Perovskite solceller (PSC) har vist seg å oppnå PCE over 25 %, som er sammenlignbare med eller enda høyere enn for tradisjonelle silisiumbaserte solceller. I tillegg kan perovskitter enkelt syntetiseres ved hjelp av løsningsbaserte metoder, noe som gjør dem til en lovende kandidat for storskala produksjon.
Perovskittmaterialer har også blitt utforsket for andre bruksområder som LED, lasere og sensorer. Det er imidlertid fortsatt mange utfordringer som må løses før perovskitter kan brukes mye i disse applikasjonene, for eksempel stabilitet og skalerbarhet.
Hva er fordelene ved å bruke perovskittsolceller?
Det er flere fordeler ved å bruke perovskittsolceller (PSCer) over tradisjonelle silisiumbaserte solceller:
1. Høy kraftkonverteringseffektivitet (PCE): PSC-er har vist seg å oppnå PCE-er over 25 %, som er sammenlignbare med eller enda høyere enn for tradisjonelle silisiumbaserte solceller.
2. Lave produksjonskostnader: Perovskitter kan enkelt syntetiseres ved hjelp av løsningsbaserte metoder, noe som gjør dem til en lovende kandidat for storskala produksjon.
3. Fleksible underlag: PSC-er kan fremstilles på fleksible underlag, noe som gir mulighet for utvikling av fleksible og lette solcellepaneler.
4. Høy åpen kretsspenning (Voc): PSCer har vist seg å oppnå høye Voc-verdier, noe som er gunstig for å øke effektiviteten til solcellen.
5. Lav lysindusert nedbrytning: PSCer har vist seg å v
re mindre utsatt for lysindusert nedbrytning sammenlignet med tradisjonelle silisiumbaserte solceller.
6. Høy ladningsb
rermobilitet: Perovskitter har høy ladningsb
rermobilitet, noe som muliggjør rask elektrontransport og høy effektkonverteringseffektivitet.
7. Skalerbar fabrikasjon: Perovskittmaterialer kan enkelt syntetiseres ved hjelp av løsningsbaserte metoder, noe som gjør dem til en lovende kandidat for storskala produksjon.
8. Høy termisk stabilitet: PSC-er har vist seg å v
re stabile under høye temperaturer, noe som er viktig for utendørs bruk.
9. Lave kostnader for råvarer: Råvarene som brukes til å lage perovskitter er relativt rimelige og rikelig, noe som kan føre til lavere produksjonskostnader.
10. Potensial for tandemsolceller: PSC-er kan enkelt integreres i tandemsolceller, noe som kan føre til enda høyere effektivitet og bedre ytelse.
Hva er utfordringene med å bruke perovskittsolceller?
Til tross for de mange fordelene ved å bruke perovskittsolceller (PSC), det er fortsatt flere utfordringer som må løses før de kan tas i bruk bredt:
1. Stabilitet: PSC-er er fortsatt i de tidlige utviklingsstadiene, og deres stabilitet under langvarig eksponering for lys og varme er fortsatt en bekymring.
2. Skalerbarhet: Mens perovskitter lett kan syntetiseres ved hjelp av løsningsbaserte metoder, er det fortsatt en utfordring å skalere opp produksjonsprosessen for å møte kravene til storskala produksjon av solceller.
3. Materialuniformitet: Ensartethet i perovskittmaterialet er avgjørende for høy effektivitet og stabilitet, men å oppnå jevnhet kan v
re utfordrende.
4. Grenseflateproblemer: Grenseflatene mellom perovskittlaget og andre lag i solcellen kan v
re utsatt for defekter og rekombinasjon, noe som kan føre til effektivitetstap.
5. Hygroskopisitet: Perovskitter er følsomme for fuktighet, noe som kan føre til nedbrytning og redusert stabilitet.
6. Toksisitet: Noen perovskittmaterialer er funnet å v
re giftige, noe som kan utgjøre miljø- og helserisiko under produksjon og avhending.
7. Høye kostnader for råvarer: Mens råvarene som brukes til å lage perovskitter er relativt rimelige, kan de høye kostnadene for andre komponenter som elektroder og substrater fortsatt gjøre PSC-er dyrere enn tradisjonelle solceller.
8. Begrenset forståelse av fysikken: Det er fortsatt begrenset forståelse av fysikken bak perovskittsolceller, noe som gjør det vanskelig å optimalisere ytelsen og stabiliteten deres.
9. Vanskeligheter med å oppnå ensartethet: Ensartethet i perovskittmaterialet er avgjørende for høy effektivitet og stabilitet, men å oppnå jevnhet kan v
re utfordrende.
10. Begrenset holdbarhet: PSC-er har begrenset holdbarhet på grunn av deres følsomhet overfor fuktighet og lys, noe som kan føre til nedbrytning og redusert stabilitet.
Hva er de potensielle bruksområdene for perovskittsolceller?
Perovskittsolceller (PSC) har potensial til å revolusjonere solenergiindustrien på grunn av deres høye strømkonverteringseffektivitet (PCE), lave produksjonskostnader og fleksible underlag. Noen potensielle bruksområder for PSC-er inkluderer:
1. Solcellevinduer: PSC-er kan integreres i solcellevinduer, noe som kan gi en ny kilde til fornybar energi for bygninger og hjem.
2. Bygningsintegrerte solceller (BIPV): PSC-er kan enkelt integreres i bygningsfasader, og gir en ny kilde til fornybar energi for n
rings- og boligbygg.
3. B
rbar elektronikk: PSC-er kan brukes til å drive b
rbar elektronikk som smartklokker og treningssporere.
4. Luftfartsapplikasjoner: PSCer kan brukes til å drive satellitt- og flysystemer, og gi en pålitelig kilde til fornybar energi på avsidesliggende steder.
5. Energilagring: PSCer kan brukes til å lagre energi i form av elektrisitet, som kan brukes til å drive hjem og bedrifter i perioder med lite sollys eller når nettet er nede.
6. Medisinsk utstyr: PSCer kan brukes til å drive medisinsk utstyr som pacemakere og insulinpumper, og gir en pålitelig kilde til fornybar energi for pasienter.
7. Landbruksapplikasjoner: PSCer kan brukes til å drive landbrukssystemer som vanningssystemer og drivhus, og gir en pålitelig kilde til fornybar energi for bønder.
8. Katastrofehjelp: PSC-er kan brukes til å gi nødstrøm under naturkatastrofer eller nettsvikt, og gir en pålitelig kilde til fornybar energi for førstehjelpere og hjelpearbeidere.
9. Romutforskning: PSC-er kan brukes til å drive romfartøyer og andre rombaserte systemer, og gi en pålitelig kilde til fornybar energi for romfartsoppdrag.
10. Miljøovervåking: PSC-er kan brukes til å drive miljøovervåkingssystemer som luftkvalitetssensorer og vannkvalitetssensorer, og gir en pålitelig kilde til fornybar energi for fjernovervåkingsapplikasjoner.