11-Mavzu. Eksiton tipadagi quyosh elementlarining uchinchi avlodi

Eksitonik quyosh elementlarining umumiy istiqbollari
Tijorat mahsuloti bo'lish uchun eksitonik quyosh batareyalari, bir tomondan, kristalli kremniydan yasalgan quyosh batareyalari (bozorning 90%) bilan raqobatlashishi kerak. Elementlar ((10%). samaradorligi bo'yicha birinchi va ikkinchisidan ancha pastdir [116]]. Samaradorlik, shubhasiz, muhim parametrdir, lekin raqobatbardoshlikni faqat uning o'zi bilan baholab bo'lmaydi. Bir kilovatt-soat narxi ERVT (Energy PayBack Time) kabi yupqa plyonka bilan ko'proq bog'liq. energiya xarajatlarini qoplash vaqti keldi. Quyosh energiyasi uchun EPBT parametri yoritishga bog'liq, shuning uchun taqqoslash uchun biz yiliga 1700 kVt / s m -2 yorug'lik uchun ma'lumot oldik, bu Evropaning janubiy mamlakatlariga to'g'ri keladi. Osiyo, Afrika, Avstraliya, AQSh, Markaziy va Janubiy Amerika o'rtacha zichroq yoritilgan. Ushbu parametrga ko'ra, SEOG ancha oldinda. Shunday qilib, hayotiy tsiklni [116] tahlil qilib, shuni ko'rsatish mumkinki, mavjud texnologiyalar bilan ham, SEOGlarning samaradorligi atigi 3%bo'lgan 90 kunlik ERVT parametriga ega. Keyingi optimallashtirish ERVTni 17% gacha 3% samaradorlikka olib kelishi mumkin va texnologiyani takomillashtirish (shu jumladan qayta ishlash, ishlash muddatini ko'paytirish va h.k.) ERVTni etti kungacha 3% va undan yuqori samaradorlikka olib kelishi mumkin. 15%samaradorlik bilan bir kungacha. Boshqa hisob-kitoblarga ko'ra, organik quyosh elementlari uchun EPBT biroz kattaroqdir (100-190 kun) [1 17]. Taqqoslash uchun, CdTe asosidagi QE uchun EPBT (noorganik quyosh elementlari orasida EPBT chempioni) 250-750 kunlik tartibda chiqadi [117]. Bug'larni yotqizish usuli bilan olingan perovskitlarga asoslangan QElar uchun EPVT (7 -bo'limga qarang), agar biz ularning umrini 15 yilga va samaradorligini 15,4% ga olsak, bir yildan oshadi. [119] Adabiyotlarda SEOG uchun elektr narxining taxminiy hisob -kitoblari mavjud (masalan, [120), unga ko'ra, elektr narxining samaradorligi va xizmat qilish muddatiga bog'liqligi to'yinganlik egri shakliga ega, degan xulosaga keladi. samaradorligi 10% va umr bo'yi 10 yoshda, narx deyarli minimal darajaga yetadi. 3% rentabellik va 3 yillik ishlash muddati bilan organik fotovoltaiklar allaqachon kremniy bilan, 5% va 5 yillik ishlash muddati bilan - ko'mir bilan, 5-10 yil - atom energiyasi bilan 10% va ishlash muddati bilan raqobatlasha oladi. Keling, EG bilan taqqoslaganda SEOGning istiqbollarini ko'rib chiqaylik. Bugungi kunga kelib, SEOG degradatsiyasining asosiy sabablari aniqlandi: UV nurlari, kislorod va namlik, shuningdek, pigment va elektrolitlarning yarimo'tkazgichga yomon yopishishi [116]. Yangi fotoelektrik materiallarni sintez qilish, ESS arxitekturasini optimallashtirish va eng muhimi, inkapsulyatsiyani [99] optimallashtirish orqali (eslang, kapsülasyon SEOG degradatsiyasining dastlabki uchta sababini yo'q qiladi), yigirma yil davomida olib borilgan izlanishlar natijasida uning umrini ko'paytirish mumkin edi. SEOG dastlabki bir necha soatdan 6-8 yilgacha [89]. E'tibor bering, umr ko'rish muddati quyosh batareyasi samaradorligining 20 foizini yo'qotadigan yillar soni sifatida belgilanadi [89]. Yaroqlilik muddatini o'lchash uchun oddiy (konsentratsiyasiz) quyosh nuri simulyatorining uzluksiz yoritilishi ostida tezlashtirilgan test o'tkaziladi. Quyosh energiyasi 20%ga pasayadigan uzluksiz ishlash soatlari ma'lum yillar davomida quyosh nurlanishining haqiqiy soatiga qayta hisoblab chiqiladi. Shu bilan birga, Yer yuzasidagi quyosh nuri standarti (AM1.5, 1b -rasm) QE taxminan 50 ° geografik kenglikda joylashgan deb taxmin qiladi. Ba'zi tadqiqotchilar EGlar 6-8 yildan ko'proq vaqt davomida, ya'ni 20 yil davomida ishlashga qodir, deb hisoblashadi, chunki pigmentning oddiy quyosh nurida yonishi aynan shu vaqtda sodir bo'ladi (122-124). Biroq, EG ni SEOG bilan taqqoslaganda, EG ning qobiqda mikro yoriqlar hosil bo'lishi paytida erituvchining oqishi yoki bug'lanishi ehtimoli va yarim qattiq polimer elektrolitlar elektrolitlarining beqarorligi kabi kamchiliklarini hisobga olish kerak. Misol tariqasida, Gretzel va uning hamkasblari bajargan ishlarni keltirishimiz mumkin [111], bu erda rekord rentabellikdagi 13% EG 500 soat uzluksiz ishlashda 20% samaradorligini yo'qotdi. Agar biz buni eng yaxshi SEOG bilan taqqoslasak, u yerda samaradorlik yo'qolishi 2000 soat uzluksiz yoritishda atigi 11% ni tashkil qilgan bo'lsa [89], demak, barqarorlik muammosiga EG SEOG oldidagi kabi keskinlik bilan duch kelishi aniq. Bunday vaziyatda QE narxi birinchi o'ringa chiqadi. Asosiy komponentlarning arzonligi tufayli SEOGlar juda arzon. SEOG hayot aylanishini tahlil qilish shuni ko'rsatdiki, quyosh batareyasining eng qimmat qismi shaffof ITO elektrodidir (narxining 87%), undan keyin PET plyonkasi (polietilen tereftalat, 7%) [122]. ITO asosidagi elektrodni kumush to'rli elektrod bilan almashtirsangiz, narx va EPBTni bir necha bor pasaytirishga, quyosh batareyasining eng nozik komponentidan xalos bo'lishga, shuningdek, noyob element indiydan mustaqil bo'lgan organik fotovoltaiklarni ishlab chiqarishga erishish mumkin [117, 122 ]. Yana bir xil muhim omil-bu eritmalardan komponentlarni qayta ishlash imkoniyati, bu esa o'z navbatida silindrli rulonli uzluksiz ishlab chiqarishga mos keladigan sug'orish va bosib chiqarishning turli usullaridan foydalanish imkoniyatini ochib beradi [122]. Bu afzalliklardan foydalanish uchun vakuum va inert gazlar bundan mustasno, ishlab chiqarishning barcha bosqichlarini iloji boricha soddalashtirish, shuningdek, qayta ishlash haroratini mumkin bo'lgan eng past ko'rsatkichlarga tushirish kerak. Oddiy atmosfera sharoitida 305 mm kenglikdagi 14 qatlamli tandem elementini bosib chiqarish va 140 ° C dan yuqori bo'lmagan isitishni taxminan 1 minut tezlikda tasvirlaydigan ish [123] misol. "52,2 sm - atigi 1,6%, Shuni esda tutish kerakki, bu natija shkaladagi ishdagi birinchi qadamlardan biridir. SEOG-ning oxirgi afzalligi shundaki, organik yarimo'tkazgichlar moslashuvchan ingichka plyonkali fotovoltaiklar uchun idealdir. Bu quyosh batareyalaridan foydalanish imkoniyatlarini ancha kengaytiradi. Qiziqarli misol - quyosh batareyalarini kiyimga birlashtirish [124]). Yuqoridagilarga asoslanib aytishimiz mumkinki, eksitonik QElarning quyidagi kuchli tomonlari ularni sanoat ishlab chiqarishga olib kirishga qodir. 1. Komponentlarning arzonligi. EGdagi titan dioksidi va organik pigmentlar, SEOGda donor va akseptor organik yarimo'tkazgichlar tozalangan noorganik yarimo'tkazgichlarga qaraganda ancha arzon. Bundan tashqari, eksitonli QElar yupqa plyonkali elementlarga tegishlidir, bunda xom ashyo iste'moli juda past bo'ladi. 2. Osonlik bilan kengaytiriladigan texnologiya. SEOG va EG roll-to-roll texnologiyasi yordamida ishlab chiqarilishi mumkin. 3. EG va SEOG nodir elementlardan foydalanmasdan qila oladi. Bu ularni nafaqat arzon, balki narxini ham barqaror qiladi. To'g'ri, EGda platina yoki ruteniy ishlatiladi, lekin bu nodir elementlarga muqobil topish imkoniyati mavjud [121, 122]. Shunday qilib, eksitonli QElar, noorganiklarga asoslangan QElarga qaraganda, samaradorligi va ishlash muddati nisbatan past bo'lishiga qaramay, fotovoltaik texnologiyalarning asosiy elementlaridan biriga aylanishi mumkin.
Bu allaqachon erishilgan samaradorlikni saqlab qolishda ularning narxini yanada kamaytirishni talab qiladi. Bu shuni anglatadiki, EPBT darajasini past darajada ushlab turish va shu bilan birga quyosh elementining ishlash muddati va umrini yaxshilash uchun etarlicha arzon bo'lgan komponentlar va qayta ishlash texnologiyalarini ehtiyotkorlik bilan tanlash kerak. SEOG uchun bunday maqsad, joriy 6-8 yil davomida umrini ko'paytirishga imkon beradigan, shuningdek, arzonroq va samarasi past bo'lmagan elektrodlarni ishlab chiqarishga imkon beradi. EG uchun, bu maqsad, ehtimol, qattiq qattiq elektrolitlarga o'tishni, miqyosi uchun imkoniyatlarni ochishni, platina yoki ruteniy kabi qimmat katalizatorlarni talab qilmaydigan pastki elektrod uchun yangi pigmentlar va materiallarni ishlab chiqishni anglatadi. Ammo shuni ta'kidlash kerakki, tadqiqotchilarning SEOG va EG samaradorligini oshirish bo'yicha uzoq muddatli urinishlari kerakli natijalarga olib kelmadi. Masalan, yarimo'tkazgichlarning tuzilishi eng muvaffaqiyatli bo'ldi, bu esa uning samaradorligini oshirishga mos keladigan elementning narxini oshirdi [121]). EG pigmentini kvant nuqta bilan almashtirish ba'zi hollarda samaradorlikning oshishiga olib keldi, lekin bu o'sish unchalik ahamiyatli emas va ishlab chiqarish vaqtida narxning sezilarli darajada oshishi kuzatiladi (qarang, masalan, [94] va bu xulosaga. ko'rib chiqish). Organik elektrolitlarni noorganiklarga almashtirish xarajatlarni kamaytirdi, lekin EG samaradorligini pasaytirdi. SEOG samaradorligi hali ham zamonaviy tijorat fotovoltaikasi bilan solishtiradigan darajaga keltirilmagan. Xarajatlarini yanada kamaytirishga e'tibor qaratish, mavjud samaradorlik qiymatlarini qabul qilish, investitsiyalarning daromadliligi kafolatlanmagan holda, muntazam ishlab chiqishni anglatadi. Shu sababli, hozirgi vaqtda perovskitlarga asoslangan SEga qiziqishning ortishi fonida klassik EG va SEOGga investorlarning qiziqishi sezilarli darajada zaiflashdi. Perovskitlar asosida yaratilgan yangi quyosh batareyalari EG va SEOGdan deyarli ikki barobar ko'proq samarali. Keyingi bo'lim shu yangi quyosh elementlariga bag'ishlanadi