Перовскитные солнечные элементы: будущее возобновляемой энергетики?

Перовскит — класс материалов, имеющих кристаллическую структуру, подобную минералу перовскиту, который был впервые обнаружен в России в конце 19 века. Было обнаружено, что перовскиты обладают широким спектром интересных свойств, таких как пьезоэлектричество, сегнетоэлектричество и полупроводимость, что делает их полезными для различных применений. В последние годы перовскиты привлекли значительное внимание в области фотогальваники из-за их высокой мощности. эффективность преобразования (PCE) и низкие производственные затраты. Было показано, что солнечные элементы на основе перовскита (PSC) достигают PCE более 25%, что сопоставимо или даже выше, чем у традиционных солнечных элементов на основе кремния. Кроме того, перовскиты можно легко синтезировать с использованием методов, основанных на растворах, что делает их многообещающим кандидатом для крупномасштабного производства. Перовскитные материалы также изучались для других применений, таких как светодиоды, лазеры и датчики. Тем не менее, существует еще много проблем, которые необходимо решить, прежде чем перовскиты смогут широко использоваться в этих приложениях, такие как стабильность и масштабируемость. Каковы преимущества использования перовскитных солнечных элементов? Есть несколько преимуществ использования перовскитных солнечных элементов (PSC) по сравнению с традиционными солнечными элементами на основе кремния:
1. Высокая эффективность преобразования мощности (PCE): было показано, что PSC достигают PCE более 25%, что сопоставимо или даже выше, чем у традиционных солнечных элементов на основе кремния.
2. Низкие производственные затраты: перовскиты можно легко синтезировать с использованием методов, основанных на растворах, что делает их многообещающим кандидатом для крупномасштабного производства.3. Гибкие подложки: PSC могут быть изготовлены на гибких подложках, что позволяет разрабатывать гибкие и легкие солнечные панели.4. Высокое напряжение холостого хода (Voc): было показано, что PSC достигают высоких значений Voc, что полезно для повышения эффективности солнечного элемента.
5. Деградация, вызванная слабым освещением: было обнаружено, что PSC менее подвержены деградации, вызванной светом, по сравнению с традиционными солнечными элементами на основе кремния.
6. Высокая подвижность носителей заряда: Перовскиты обладают высокой подвижностью носителей заряда, что обеспечивает быстрый транспорт электронов и высокую эффективность преобразования энергии.7. Масштабируемое производство: перовскитные материалы можно легко синтезировать с использованием методов на основе растворов, что делает их многообещающим кандидатом для крупномасштабного производства.8. Высокая термическая стабильность: было обнаружено, что PSC стабильны при высоких температурах, что важно для наружного применения.9. Низкая стоимость сырья: сырье, используемое для изготовления перовскитов, относительно недорогое и широкое, что может привести к снижению производственных затрат.10. Потенциал тандемных солнечных элементов: PSC можно легко интегрировать в тандемные солнечные элементы, что может привести к еще более высокой эффективности и производительности. Каковы проблемы использования перовскитных солнечных элементов? Несмотря на множество преимуществ использования перовскитных солнечных элементов (PSC), Есть еще несколько проблем, которые необходимо решить, прежде чем они смогут получить широкое распространение:
1. Стабильность: PSC все еще находятся на ранних стадиях развития, и их стабильность при длительном воздействии света и тепла все еще вызывает беспокойство.
2. Масштабируемость: Хотя перовскиты можно легко синтезировать с использованием методов, основанных на растворах, масштабирование производственного процесса для удовлетворения потребностей крупномасштабного производства солнечных элементов по-прежнему остается проблемой.3. Однородность материала. Однородность перовскитного материала имеет решающее значение для высокой эффективности и стабильности, но достижение однородности может быть сложной задачей.4. Межфазные проблемы. Интерфейсы между слоем перовскита и другими слоями солнечного элемента могут быть подвержены дефектам и рекомбинации, что может привести к потерям эффективности.5. Гигроскопичность: Перовскиты чувствительны к влаге, что может привести к деградации и снижению стабильности.6. Токсичность: некоторые перовскитные материалы оказались токсичными, что может представлять угрозу для окружающей среды и здоровья во время производства и утилизации.7. Высокая стоимость сырья. Хотя сырье, используемое для изготовления перовскитов, относительно недорогое, высокая стоимость других компонентов, таких как электроды и подложки, все же может сделать PSC более дорогими, чем традиционные солнечные элементы.8. Ограниченное понимание физики. Понимание физики перовскитных солнечных элементов до сих пор ограничено, что затрудняет оптимизацию их производительности и стабильности.9. Трудность в достижении однородности: Однородность перовскитного материала имеет решающее значение для высокой эффективности и стабильности, но достижение однородности может быть сложной задачей. 10. Ограниченный срок хранения: PSC имеют ограниченный срок хранения из-за их чувствительности к влаге и свету, что может привести к деградации и снижению стабильности. Каковы потенциальные применения перовскитных солнечных элементов? Перовскитные солнечные элементы (PSC) могут совершить революцию в солнечная энергетика из-за их высокой эффективности преобразования энергии (PCE), низких производственных затрат и гибких подложек. Некоторые потенциальные применения PSC включают в себя:
1. Солнечные окна: PSC могут быть интегрированы в солнечные окна, которые могут стать новым источником возобновляемой энергии для зданий и домов.2. Фотовольтаика, интегрированная в здание (BIPV): PSC можно легко интегрировать в фасады зданий, обеспечивая новый источник возобновляемой энергии для коммерческих и жилых зданий.
3. Носимая электроника: PSC можно использовать для питания носимой электроники, такой как умные часы и фитнес-трекеры.4. Аэрокосмическое применение: PSC могут использоваться для питания спутниковых и авиационных систем, обеспечивая надежный источник возобновляемой энергии в отдаленных местах.5. Хранение энергии: PSC могут использоваться для хранения энергии в виде электричества, которое можно использовать для питания домов и предприятий в периоды слабого солнечного света или при отключении электросети.6. Медицинские устройства: PSC могут использоваться для питания медицинских устройств, таких как кардиостимуляторы и инсулиновые помпы, обеспечивая пациентам надежный источник возобновляемой энергии.7. Применение в сельском хозяйстве: PSC могут использоваться для питания сельскохозяйственных систем, таких как ирригационные системы и теплицы, обеспечивая фермерам надежный источник возобновляемой энергии.8. Помощь при стихийных бедствиях: PSC могут использоваться для обеспечения аварийного электроснабжения во время стихийных бедствий или сбоев в энергосистеме, обеспечивая надежный источник возобновляемой энергии для служб быстрого реагирования и спасателей.
9. Исследование космоса: PSC могут использоваться для питания космических кораблей и других космических систем, обеспечивая надежный источник возобновляемой энергии для миссий в дальний космос. Мониторинг окружающей среды: PSC могут использоваться для питания систем мониторинга окружающей среды, таких как датчики качества воздуха и датчики качества воды, обеспечивая надежный источник возобновляемой энергии для приложений дистанционного мониторинга.