Panel Suria Perovskite

Bahan yang dikenali para saintis selama lebih dari seratus tahun, hanya pada hari ini, pada permulaan abad XXI, ternyata menjadi bahan yang sangat menjanjikan untuk pengeluaran sel solar yang murah dan berkesan. Perovskite, atau kalsium titanat, pertama kali didapati dalam bentuk mineral oleh ahli geologi Jerman Gustav Rosa di Pegunungan Ural pada tahun 1839, dan dinamakan selepas Count Lev Alekseevich Perovsky, seorang negarawan yang mulia dan pengumpul mineral, pahlawan Perang Patriotik tahun 1812, menjadi pesaing paling sesuai untuk peranan alternatif kepada silikon dalam pengeluaran sel solar.

Sebagai bahan, sehingga baru-baru ini, kalsium titanat digunakan secara meluas sebagai dielektrik untuk kapasitor seramik multilayer. Dan kini mereka cuba memohon untuk membina panel suria yang sangat cekap, kerana ternyata bahan ini menyerap cahaya dengan sempurna.

Biasa, tradisional lama panel solar silikon pada ketebalan 180 mikron, mereka menyerap cahaya sebanyak perovskite akan menyerap pada ketebalan hanya 1 mikron. Perovskite, seperti silikon, adalah semikonduktor, dan ia memindahkan cas elektrik dengan cara yang sama di bawah pengaruh cahaya, tetapi spektrum cahaya yang ditukar kepada elektrik dalam perovskite adalah lebih luas daripada silikon.

Struktur bahan kristal titanat kalsium adalah sama dengan struktur mineral perovskite, oleh itu nama mereka adalah sama. Dan ia adalah bahan yang kini berada di salah satu tempat utama dalam ranking laluan pengoptimalan untuk tenaga solar.

Masalahnya ialah bahawa panel solar berasaskan silikon berkadar purata 75 sen setiap 1 hari hari ini, dan panel solar berasaskan perovskite akan mengurangkan kosnya kepada 10-15 sen setiap 1 kW, iaitu, teknologi solar perovskite dalam 5-7 kali lebih murah daripada silikon dalam pengeluaran bateri dan dalam operasi mereka, dan jumlah tenaga elektrik yang dihasilkan adalah sama.

Dan ini walaupun fakta bahawa penganalisis industri tenaga mendakwa bahawa sudah pada kos 50 sen setiap 1 kW, tenaga solar menjadi berdaya saing dengan bahan api fosil. Maksudnya, peralihan kepada perovskite pada skala global akan mengurangkan kos pengeluaran elektrik pada masa-masa, sementara proses pengeluaran panel sendiri akan sangat mudah.

Kajian untuk menilai dan meningkatkan kecekapan sel solar berasaskan perovskite sedang dijalankan di banyak negara: di Australia, Martin Green, di Switzerland, Michael Gretzel, di Amerika Syarikat, Henry Saint, Felix Deshler, Hari Pelayaran, dan Korea, Sok Sang Il. Penyelidik berkata dengan satu suara mengenai kos rendah dan kecekapan tinggi teknologi yang menjanjikan.

Michael Gretzel berhujah bahawa kecekapannya 15% dengan mudah boleh ditingkatkan menjadi 25%, dan sel solar yang murah dari yang sedia ada tidak mencapai 15%. Untuk pertama kalinya, pada tahun 2009, apabila mereka hanya bercakap mengenai kemungkinan menggunakan perovskite untuk tenaga solar, kecekapan sebanyak 3.5% diperolehi, dan unsur-unsur itu telah lama, sejak elektrolit cecair dibubarkan perovskite, dan sebaik sahaja saintis mempunyai masa untuk mengukur, bateri berhenti berfungsi.

Walau bagaimanapun, selepas tiga tahun, elektrolit cecair digantikan oleh satu pepejal, dan sel-sel menjadi lebih stabil, dan kecekapan pertama kali dinaikkan, dan kemudian meningkat dua kali ganda. Beberapa lapisan substrat elektrik konduktif, salah satunya adalah pigmen, menyelesaikan masalah dan membuka prospek. Langkah-langkah untuk meningkatkan kecekapan tidak berhenti hingga ke hari ini, saintis menggunakan, antara lain, kaedah pengoptimuman standard yang digunakan untuk meningkatkan pendahuluan silikon.

Michael Gretzel yakin kecekapan 25% akan membawa kepada revolusi tenaga solar.Seorang profesor dari Australia, Martin Green, salah satu pelopor dalam penyelidikan, mendakwa bahawa bateri bebas silikon sangat mudah untuk menghasilkan dan efisien untuk beroperasi yang pasti keyakinan bahawa masa depan panel solar di Perovskite cerah, kerana anggaran awal sudah meramalkan pengurangan harga yang besar - pada 7 kali.

Sekumpulan penyelidik dari Korea, yang diketuai oleh Sok Sang Il, membangun formula mereka sendiri dengan mencampurkan amonium bromida plumbum dengan iodide formamidine utama, saintis mencapai struktur perovskite seperti itu yang menetapkan kecekapan rekod 17.9%. Menggunakan campuran ini akan membolehkan pencetakan sel solar, dan kos mereka akan dikurangkan lagi. Masalahnya kekal - bahan larut dalam air, sebagai tambahan, saiz sel dalam ujian tidak melebihi 10 mm persegi, jadi penyelidikan berterusan.

Proses pembuatan sel solar perovskite seolah-olah penyelidik agak mudah. Cecair hanya disembur ke permukaan atau digunakan dalam bentuk stim, yang sangat mudah untuk direalisasikan secara teknologi. Beberapa lapisan bahan digunakan untuk kerajang logam atau kaca, salah satunya adalah perovskite.

Bahan-bahan lain diperlukan di sini untuk memudahkan pergerakan elektron dalam elemen. Proses pembuatan hampir sesuai. Ahli fizik Universiti Oxford Henry Saint, yang bekerja untuk membangunkan sel perovskite di Amerika Syarikat, yakin bahawa lapisan panel solar akan digunakan dengan mudah seperti cat biasa di permukaan.

Walaupun prospek yang muncul, saintis dibahagikan kepada dua kem. Bekas advokat pembaikan bateri silikon yang telah menjadi tradisional, sementara yang lain menyokong penciptaan yang benar-benar baru, lebih efisien. Jadi, Martin Green percaya bahawa perovskite boleh digunakan sebagai tambahan kepada bateri silikon dengan menggabungkan silikon dengan perovskite, dan dengan itu mengurangkan kos watt elektrik yang dihasilkan tanpa kerugian besar untuk industri silikon. Michael Gretzel, sebaliknya, yakin bahawa perkembangan baru adalah penting, dan kos meningkatkan kecekapan fotokel baru akan banyak kali dibayar.

Banyak syarikat sudah pun menjalankan pelaksanaan komersil produk itu, kerana walaupun kemungkinan perovskite baru mula direalisasikan, para pakar terkemuka dalam bidang tenaga surya telah memperhatikan masa depannya. Syarikat-syarikat Australia dan Turki secara bersama-sama secara aktif menghampiri pengkomersialan panel solar perovskite, dan mengikut ramalan, menjelang 2018, mereka akan dibentangkan di pasaran dunia.

Walaupun terdapat keyakinan terhadap sesetengah syarikat, pengalaman menunjukkan bahawa ia biasanya mengambil masa kira-kira sepuluh tahun untuk teknologi baru untuk pergi dari makmal ke pasaran, dan pada masa ini, bateri silikon juga dapat mengatasi perovskite. Gretzel, dengan menjualnya, menjual lesen untuk teknologi baru kepada syarikat-syarikat yang berniat untuk mengikuti cara tradisional silikon.

Persaingan dalam pasaran tenaga suria juga tinggi, dan setiap pemain baru berhadapan dengannya. Kos panel silikon dikurangkan, dan menurut beberapa penganalisis, ia boleh jatuh ke 25 sen setiap 1 kW, yang sepenuhnya merosakkan manfaat teknologi perovskite.

Kehadiran sebilangan kecil plumbum dalam pigmen, yang beracun, tetap menjadi masalah. Kajian eksperimen akan datang yang akan mendedahkan bagaimana perovskite toksik adalah. Perlu berhati-hati dengan pelupusan bateri yang digunakan, seperti halnya dengan bateri kereta pemula. Tetapi pada dasarnya, timah atau sesuatu yang serupa boleh digunakan dan bukannya timbal.

Sementara itu, para penyelidik dari Ohio, yang diketuai oleh Leaming Dai, mengatur mengenai kereta elektrik menggunakan panel solar perovskite. Mereka membangunkan panel suria yang paling menguntungkan dengan bateri kereta elektrik berbanding sebelum ini.

Dengan menyambungkan empat bateri perovskite ke bateri litium, saintis mencapai kecekapan sebanyak 7.8% dalam konfigurasi yang paling berkesan setakat ini, yang melepasi penyelesaian sebelumnya untuk menggabungkan sel solar dengan supercapacitors dan bateri.

Panel multilayer telah meningkatkan ketumpatan dan kestabilan tenaga yang diterima dari matahari. Ujian telah menunjukkan bahawa tiga lapisan perovskite diubah, jika dikehendaki, menjadi satu filem. Dengan sel tunggal sel tidak lebih daripada 10 mm persegi, penyelidik mencapai kecekapan 12.65% daripada penukar bersaiz syiling, tetapi dengan mengambil kira penukaran dan penyimpanan tenaga, kecekapan adalah 7.8% dalam mod kitaran.

Sistem sedemikian, menurut pemaju, akan dapat di masa depan bukan sahaja untuk mengenakan kereta elektrik, tetapi juga akan dipasang dalam bentuk filem yang fleksibel pada badan. Teknologi seolah-olah sesuai untuk kenderaan elektrik.

Luar biasa adalah keupayaan perovskite untuk diperkenalkan semula. Seorang saintis di University of Cambridge, Felix Deschler, mendapati bahawa perovskite mempunyai harta yang unik. Apabila cahaya memasuki bahan tersebut, tenaga foton tidak hanya ditukarkan menjadi tenaga elektrik, sebahagian daripada caj itu ditukarkan semula ke dalam foton.

Sekiranya panel boleh menggunakan semula foton ini, maka tenaga terkumpul akan menjadi lebih besar. Kumpulan Deshler melakukan eksperimen di mana sinar laser tertumpu pada seksyen perovskite tebal 0.5 mikron, dan cahaya dipancarkan semula di tempat lain dalam sampel. Silikon, misalnya, tidak mempunyai keupayaan untuk memindahkan tenaga dalam dirinya dan sekali lagi memancarkannya.

Oleh itu, prospek untuk perovskite sangat besar, dan siapa yang tahu, ia mungkin hanya sekitar waktu apabila setiap rumah dan setiap kereta akan dilengkapi dengan bateri perovskite, kerana ia akan menjadi tidak menguntungkan dari segi ekonomi dan tidak dianjurkan untuk mencemarkan alam sekitar dengan produk pembakaran bahan bakar fosil.