Wechseln zu erneuerbare Energie So wie Solarenergie im Kampf gegen den Klimawandel von entscheidender Bedeutung ist. Doch obwohl die Solartechnologie seit ihrer Einführung bemerkenswerte Fortschritte gemacht hat, bedarf sie immer noch neuer Technologien, um eine praktikable Alternative zu fossilen Brennstoffen zu werden. In diesem Szenario könnten Perowskite, die neueste Erfindung im Bereich der erneuerbaren Energien, die Entwicklung effizienter Solarenergie entscheidend verändern.
Herkömmliche Solarmodule werden mithilfe von kristallinem Silizium (c-Si) oder Dünnschicht-Solartechnologien hergestellt, die nur über begrenzte Effizienz verfügen. Perowskite sind jedoch leichte und flexible kristalline Strukturen, die leicht auf jede flexible oder strukturierte Oberfläche aufgebracht werden können. Dadurch könnten sie dünner und leichter werden SonnenkollektorenSie können bei Raumtemperatur betrieben werden und erzeugen mehr Strom aus der Sonne zu geringeren Kosten als Silizium-Solarzellen.
Obwohl es bisher noch keine kommerzialisierte Anwendung von Perowskiten gibt, sind sie Gegenstand laufender Forschung und Investitionen. Da viele Unternehmen ihr Potenzial ausschöpfen möchten, ist jetzt ein guter Zeitpunkt, sich über Perowskit-Solarzellen, ihre Technologie und ihre Unterschiede zu herkömmlichen Solarzellen zu informieren.
Inhaltsverzeichnis
Was ist ein Perowskit?
Wie werden Perowskit-Solarzellen hergestellt?
Die verschiedenen Arten von Perowskit-Solarzellen
Perowskit-Solarzellen vs. kristalline Silizium-Solarzellen
Zusammenfassung
Was ist ein Perowskit?
Im Gegensatz zu kristallin SiliziumPerowskite sind eine Familie von Materialien mit einer einzigartigen Kristallstruktur, die dem gleichnamigen Mineral ähnelt, das erstmals 1839 in Russland entdeckt wurde. Allerdings dauerte es bis 2006, bis Perowskite erstmals als absorbierte Materialien erforscht wurden, mit den Ergebnissen: Die Studie wurde drei Jahre später, im Jahr 2009, veröffentlicht.
Es gibt verschiedene Arten von Perowskiten. Der erste entdeckte Perowskit bestand aus Kalziumtitanoxid. Später wurden viele Perowskittypen entdeckt, darunter auch solche, die Methylammoniumbleitriiodid enthielten. Dennoch sind diese Perowskite für die Solarindustrie am vorteilhaftesten Kristalle bestehen aus organischen und anorganischen Molekülen, die mit Zinn- oder Bleiatomen verbunden sind.
Perowskite sind die vielversprechendsten der dreird Generation Photovoltaik (PV)-Systeme, was sie zu einem Game-Changer in der Solarbranche macht. Es wurde festgestellt, dass der Wirkungsgrad einer Perowskit-Solarzelle in den letzten fünf Jahren von weniger als 4 % auf über XNUMX % gestiegen ist 20%. In den nächsten 15 Jahren wird ihre Effizienz voraussichtlich weiter steigen und übertreffen 30%. Aus diesem Grund geht man davon aus, dass Perowskit-Solarzellen möglicherweise herkömmliche c-Si-Solarmodule und die meisten Dünnschicht-Photovoltaikanlagen ersetzen werden.
Wie werden Perowskit-Solarzellen hergestellt?
Vereinfacht ausgedrückt werden Perowskit-Solarzellen durch einen Prozess namens „Nasschemie“ hergestellt, bei dem Materialien wie Methylammoniumhalogenid, Methylammoniumbleiodid und andere Zusatzstoffe in einer Lösung gemischt werden. Diese Mischung kann auf Glas, Metalloxid, Siliziumsolarzellen, flexible Polymere oder sogar transparentes Holz aufgetragen werden.
Die Abscheidung der Perowskitlösung auf dem Grundmaterial erfolgt durch Schleuderbeschichtung, die auf dem gleichen Konzept wie die von Kindern verwendeten Spin-Art-Maschinen basiert. Die Lösung wird entweder auf das Substrat gesprüht oder getropft, wobei das Substrat mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird, sodass sich eine dünne Schicht der Lösung gleichmäßig auf der Oberfläche verteilen kann. Wenn das Lösungsmittel in der Mischung verdampft, bleibt ein Perowskitfilm in Form dünner Schichten aus Perowskitkristallen zurück, die leicht zu einer Solarzelle verdrahtet werden können.
Es gibt jedoch mehr als nur eine Methode zur Herstellung von Perowskit SolarzellenB. Dampfunterstützung, zweistufige Abscheidung und thermische Dampfabscheidung.
Die verschiedenen Arten von Perowskit-Solarzellen
Im Großen und Ganzen haben alle Solarzellen Gemeinsamkeiten. Dazu gehören mindestens eine negative Schicht, eine positive Schicht aus photovoltaischem Material sowie eine leitende Vorder- und Rückelektrode. Die Elektroden transportieren die von der Sonne geladenen Elektronen aus der negativen Schicht über einen Draht, um Strom zu erzeugen, bevor sie sie zurück zur positiven Schicht bringen. Darüber hinaus werden alle Solarzellen nach dem Einbau in ein Solarmodul mit einer Verkapselungsschicht versiegelt, um sie vor Witterungseinflüssen zu schützen.
Nun, wenn es um die verschiedenen Arten geht Perowskit-SolarzellenDabei sind zwei Typen von großer Bedeutung: Dünnschichtzellen und Tandemzellen. Dünnschichtzellen enthalten als Photovoltaikmaterial ausschließlich Perowskite, wohingegen Tandemzellen mehrere Perowskitschichten oder eine dünne Perowskitschicht auf einer kristallinen Siliziumschicht aufweisen können.
Es gibt auch Dünnschicht-Tandemzellen. Hier enthalten die Zellen Kupfer Indium-Gallium-Selenid-Schichten (CIGS), die mit einer Perowskit-Schicht beschichtet sind. Dünnschicht-Tandemzellen sind eine bereits ausgereifte Solartechnologie.
Perowskit-Solarzellen vs. kristalline Silizium-Solarzellen
Kristalline Silizium-Solarzellen gelten als ausgereifte Technologie mit gut etablierten Massenproduktionsprozessen und sind seit Jahrzehnten die Norm in der Solarindustrie. Diese verfügen über eine AI-BSF-Struktur, bei der in der Absorberschicht monokristallines oder polykristallines c-Si verwendet wird.
Ein interessanter Unterschied zwischen Perowskit und c-Si ist ihr Lichtabsorptionspotential. Perowskit Zellen kann auf eine Vielzahl von Farben im Sonnenspektrum reagieren, während c-Si nur Licht mit einer Wellenlänge von 1,100 nm oder mehr absorbieren kann. Dies liegt an der Struktur von Perowskit-Zellen, da sie es den Elektronen ermöglicht, dicke Schichten effizient zu durchdringen. Dadurch können sie mehr Sonnenlicht in Strom umwandeln, was zur höheren Effizienz von Perowskiten beiträgt.
Der höchste aufgezeichnete Wirkungsgrad einer Perowskit-Solarzelle beträgt 29.15%, im Vergleich zu den niedrigeren 25.4 % bei c-Si-Solarzellen. Wenn man bedenkt, dass es sich bei kristallinem Silizium Al-BSF um eine hoch ausgereifte Technologie handelt, beweist dies das vielversprechende Potenzial von Perowskit-Solarmodulen.
Schließlich Perowskit Solarzellen stellen geringes Materialpotenzial und reduzierte Verarbeitungskosten dar. Sie können auch in verschiedenen Farben hergestellt werden, sodass Verbraucher das Produkt individuell an ihre Bedürfnisse anpassen können. Zusätzliche Eigenschaften von Perowskit-Solarzellen wie Flexibilität, geringes Gewicht und Halbtransparenz haben Forscher und Elektronikdesigner davon überzeugt, dass die verschiedenen Anwendungen von Perowskit-Solarzellen c-Si ersetzen könnten Technologie auf Dauer.
Wann kann man Perowskit-Solarzellen kaufen? Eine Schlussfolgerung
Forscher und Experten in der erneuerbare Energie Die Industrie sieht in Perowskiten ein vielversprechendes Material für die Entwicklung kostengünstiger, effizienter und umweltfreundlicher Solarzellen. Daher erforschen derzeit viele Unternehmen und Organisationen das Potenzial von Perowskit-Solarzellen, darunter das National Renewable Energy Laboratory (NREL), Oxford PV, Qcells und andere. Während es sich bei den von ihnen hergestellten Zellen um Testzellen in Briefmarkengröße handelt, die noch nicht für den Verkauf an die Öffentlichkeit bereit sind, könnte eine groß angelegte Kommerzialisierung nicht mehr weit entfernt sein.
