Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Покупайте лучшие в отрасли и качественные перовскита

О продукте и поставщиках:

Стремясь обеспечить экологическую устойчивость и минимизировать затраты на электроэнергию, большая часть населения мира вложила средства в первоклассные перовскита. Каким бы ни был дизайн и стиль перовскита, Alibaba.com предлагает потрясающий ассортимент высокоэффективных, долговечных и надежных вариантов. Эти невероятные и высокоэффективные солнечные элементы, представленные в продаже, являются сверхэффективными и долговечными, их поставляют ведущие мировые производители и поставщики.

Для превосходных характеристик и высокой эффективности в сочетании с невероятной эстетикой рассмотрим монокристаллические перовскита, которые имеют более высокую цену. Для более портативных и гибких решений, сочетающих эстетику и легкий дизайн, рассмотрите поликристаллические или тонкопленочные элементы. Откройте для себя высококачественные и надежные панели, которые работают на фотоэлектрических, монокристаллических или поликристаллических кремниевых элементах, разработанные для обеспечения постоянной прочности и превосходных характеристик.

Широкий ассортимент перовскита, продаваемых на Alibaba.com предлагает впечатляющий диапазон номиналов мощности, форм и размеров, которые напрямую влияют на производительность и производительность. Найдите высококачественные панели высшего класса с мощностью до 300, способные обеспечить превосходную мощность в коммерческих и жилых помещениях. Откройте для себя самый большой выбор панелей без стекла, PERC, BIPV и гибких вариантов, большинство из которых имеют длительный срок службы около 25 лет.

Откройте для себя самые конкурентоспособные. перовскита на Alibaba.com и сэкономьте деньги на освещении и электроснабжении жилых и коммерческих помещений. Большинство продаваемых панелей имеют сертификаты RoHS, ISO и CE, что гарантирует оптимальную аутентичность и надежность. Заказывайте у проверенных и известных поставщиков, которые закупают свою продукцию у ведущих в отрасли брендов и производителей.

Горизонт перовскитных событий

Начало XXI века, как из рога изобилия, осыпало человечество новыми вариантами вроде бы давно известных материалов. Многие из них показали себя крайне перспективными: взять тот же графен, углеродные нанотрубки, а с 2012 года — и перовскиты. Их структура так необычна, что обещает им большое будущее и в солнечной энергетике и связи. Но, как и с предыдущими чудо-материалами, не все с ними складывается гладко. Похоже, «приручить» эти материалы будет сложнее, чем казалось.

Бежать, чтобы остаться на месте

Первый мощный всплеск интереса к перовскитам пришелся на 2012 год. Тогда несколько работ показали, что они могут преобразовывать солнечный свет в электроэнергию с КПД, близким к кремниевым солнечным батареям того времени.

В 2013 году журнал Science даже включил перовскиты в список десяти прорывов года: «Перовскиты дешевы, просты в производстве и уже сейчас преобразовывают 15 процентов энергии солнечного света в электричество». Автор статьи писал, что хотя это и ниже, чем у серийных кремниевых, материал-новичок быстро совершенствуется.

С тех пор минуло семь лет, но ситуация слабо изменилась. Новый класс материалов совершенствуется, но традиционная кремниевая фотовольтаика все еще лучше — потому что тоже продолжает развиваться. Тем не менее, большинство исследователей, занимающихся перовскитами, уверены, что их потенциал выше, чем у классических кремниевых солнечных батарей. Правы ли они? И когда эти теоретические преимущества превратятся в практические?

Чем хороши перовскиты

«Классический» перовскит — это CaTiO

3, кристаллы которого имеют псевдокубическую (нарушенную кубическую) структуру. Однако тем же именем принято называть и другие материалы с такой же структурой. Сам титанат кальция состоит из атомов трех типов: А (атомы кальция), В (титана) и Х (иногда их называют С, атомы кислорода). Причем А находится в центре псевдокубических структур, В — в угловых узлах псевдокуба, а С образуют вокруг В восьмигранники, на шести вершинах которых находятся как раз по шесть атомов кислорода.

Перовскит CaTiO3

CC0

В этой стандартной структуре практически любой из атомов обычной схемы ABX3 может быть заменен на относительно сходный по свойствам. И структура в целом при этом сохранится. При этом А — всегда большой катион (положительно заряженный ион), В — всегда катион меньшего размера чем А, а Х — всегда анион (отрицательно заряженный ион). Даже среди природных минералов часто встречаются те, в которых А был не кальцием, а, например, церием, да и В — не титаном, а ниобием или танталом.

В природе перовскитоподобные по структуре соединения очень распространены, но видим мы их редко. Это потому, что самые «массовые» из них находятся в мантии Земли, как, например, (Mg,Fe)SiO3, считающийся одним из самых распространенных соединений нашей планеты. Важно понимать, что катионы А или В могут быть заменены на свой аналог не целиком, а лишь частично: в части молекул будет один катион А, а в части — другой. Тогда такой компонент перовскитоподобного минерала пишется в скобках через запятую, как магний и железо в (Mg, Fe)SiO3.

На глубине 2,9 тысячи километров под поверхностью Земли может находиться большое количество MgSiO

3 с перовскитоподобной структурой

Иллюстрация: ESRF

Специфическая пространственная структура кристаллов перовскита дает им массу необычных свойств. Например, такая структура у оксида иттрия-бария-меди — высокотемпературного сверхпроводника, сохраняющего свои свойства даже при 77 кельвинах, то есть при температуре жидкого азота. Считается, что вещества c такой структурой — одни из наиболее перспективных сверхпроводников будущего. Другая важная область применения подобных материалов — создание из перовскитов рабочих сред лазеров.

Оксид иттрий-барий-меди

Cadmium / CC0

Наиболее значимой зоной использования перовскитоподобных (далее мы будем называть их, как принято в этой области, просто перовскитными, хотя их состав сильно отходит от «базового» перовскита) материалов сейчас считается солнечная энергетика. Причины просты: КПД таких материалов к 2020 году взлетел до 25,2 процентов — и это для однослойных фотоэлементов. Лучшие серийные кремниевые солнечные батареи имеют КПД в те же 25 процентов. Тут перовскиты догнали своего основного конкурента.

Есть у перовскитов здесь и преимущество, недоступное обычным кремниевым панелям: слегка изменяя состав слоев такого материала, можно сдвинуть ширину его запрещенной зоны — такого значения энергии электрона, которой он в данном материале иметь не может. За счет этого такие слегка отличающиеся друг от друга перовскиты будут чувствительны к несколько разным длинам световых волн. Считается, что перовскитная пленка толщиной всего в 500 нанометров может содержать достаточно слоев, чтобы эффективно генерировать электричество сразу от всех участков видимого диапазона. Поэтому на их основе легко создать двух- и более многослойные материалы с КПД выше, чем у кремния.

Чисто кремниевые фотоэлементы такого результата не покажут, многослойность там возможна (скажем, поверх монокристаллического кремния можно наложить слой аморфного), но она куда меньше поднимает их КПД. Наращивать толщину активного слоя солнечной батареи из чистого кремния до 500 нанометров не имеет смысла: идентичная запрещенная зона будет означать, что световые волны нужной длины поглотятся внешними слоями и не достигнут более нижних.

Другая положительная особенность перовскитных фотоэлементов: их можно получить простым осаждением из раствора, примерно как печатаемые буквы в струйном принтере. Это большой плюс на фоне кремниевых батарей, требующих сверхчистого кремния, вакуумных камер и очень непростого процесса его осаждения на подложку.

Наряду с такими очевидными достоинствами типичные перовскитные фотоэлементы имеют и серьезные недостатки. Самый популярный в перовскитной фотовольтаике тип соединений — йодид свинца-метиламмония с общей формулой CH

3NH3PbX3, где X, как правило, йод или бром/хлор. При контакте такого соединения с водой и кислородом, а также при периодическом нагреве, оно может быть химически нестабильным и быстро деградировать с разрушением своей структуры. Для ее стабильности опасен и остаточный слой йодида свинца, остающийся рядом с конечными кристаллами перовскита после окончания процесса его получения (цикла осаждения).

Йодид свинца-метиламмония CH3NH3PbX3

Christopher Eames et al. / Nature Communications, 2015

Стабильность — настоящее проклятие подобных фотоэлементов. Современные кремниевые солнечные батареи теряют примерно 0,5 процента мощности за год работы, а для йодида свинца-метиламмония не так давно прорывным считалась потеря всего 10 процентов мощности за два месяца работы. Ясно, что для реальной энергетики такой ресурс недостаточен. К тому же утилизация содержащих свинец фотоэлементов — заметная экологическая проблема. Металла там достаточно, чтобы его утечка в грунтовые воды грозила отравлениями, но не так много, как в автомобильном аккумуляторе. Поэтому не факт, что утилизация таких батарей станет экономически выгодной.

Многочисленные попытки решить проблему за счет лучшей изоляции перовскита то углеродными нанотрубками, то полимерами, то металл-оксидным слоем повышали ресурс, но недостаточно высоко. А вот стоимость и сложность производства от таких модификаций неизменно росли.

В тех случаях, когда новые подходы позволяли резко поднять ресурс перовскитных солнечных батарей, возникала иная сложность: КПД подобных структур оказывался недостаточным.

Без свинцовой тяжести

Логичной выглядит попытка найти такие перовскиты, которые не использовали бы свинец: это закрыло бы проблемы и с токсичностью, и с низкой стабильностью работы подобных фотоэлементов. Именно такую работу провела группа исследователей во главе с Рафаэлем Луке из Университета Кордобы и Российского университета дружбы народов (РУДН). Ученые попробовали создать двойные перовскиты на основе цезия, метиламмония висмута, серебра, сурьмы и бария: Cs2AgBiBr6, (CH3NH3)2TlBiBr6 и Cs2AgSbBr6.

Двойными называют такие перовскиты, у которых атомы А или В занимают два разных материала. Если речь идет об элементе А, то общая формула материала получает два типа катионов А (например, A′A′′B2O6 ), а если об элементе B, то — два В (например, A2B′B′′O6). Обычно преимущество таких материалов заключается в их высокой химической стабильности. Все три соединения из предыдущего абзаца имеют общую формулу A

2BB′X6, то есть у них сразу два типа В-катионов — либо серебро и висмут, либо титан и висмут, либо серебро и сурьма.

Подобные структуры — двойные перовскиты, в том числе с содержание цезия — и раньше попадали в поле зрения ученых. Было очевидно, что стабильность их должна быть заметно выше «свинцовых» аналогов. Как отмечают в своей работе авторы группы, куда входил и Луке, как эти, так и некоторые другие соединения с перовскитной структурой даже предсказывались как теоретически перспективные в солнечной энергетике.

Однако на этом пути была проблема: практически создать их стандартным путем химического синтеза не удавалось. Обычная техника такого рода требует «мокрой» химии: смешивания ряда исходных компонентов в растворе с последующей кристаллизацией перовскитоподобных структур на дне емкости.

Но, если попробовать по такой методике получить соединения, где на месте катионов кальция будет цезий, то целый ряд побочных продуктов, нужных для синтеза реакций, заблокирует процесс образования «цезиевых» перовскитов.

В комментарии для N+1 Рафаэль Луке отметил, что для таких сложных случаев лучше всего подходит механохимический подход к синтезу. Вместо того, чтобы нагревать исходные соединения, их начинают перемалывать в барабанно-шаровой мельнице. При скорости вращения барабанной части мельницы более 1000 оборотов в минуту энергия, воздействующая на исходные компоненты — тот же цезий, серебро и остальные, настолько велика, что они начинают вступать в химические реакции друг с другом, даже несмотря то, что общая температура порошка остается относительно невысокой. Способствует этому резкое увеличение соотношения площади поверхности частиц исходных компонентов к их массе — чем это соотношение выше, тем проще им вступить в реакции между собой. Исследователь также высоко оценивает и оперативность метода: он позволяет получать порошок нужного перовскита за считанные минуты без долгого ожидания завершения синтеза, как это иной раз случается в растворах.

Фото барабанно-шаровой мельницы для синтеза другого класса соединений

GOKLuLe 盧樂 / Wikimedia commons / CC BY-SA 3.0

Луке особо подчеркивает, что это «простой метод», не требующий не только использования органических растворителей для синтеза нужных перовскитов, но и «не подвергающий их действию высоких температур». Это важно: очень часто нужные соединения образуются только при сотнях градусов Цельсия, в то время как перовскитные структуры при повышенной температуре недостаточно стабильны и могут начать деградировать еще в ходе синтеза.

Возникает вопрос: если в результате механохимического синтеза образуется порошок, то как из него затем производить сам фотоэлемент? По словам Луке, «эти порошки могут быть легко превращены в фотоэлементные пленки за счет использования процессов растворения и осаждения». Как он отмечает, это классические методы получения перовскитных пленок, и в этой области нет каких-то подводных камней.

Двойные перовскиты, действительно, могут существенно поднять стабильность фотоэлементов нового типа. Но все же пока отрасль находится в поисках идеального двойного перовскита: цезий имеет довольно высокую цену, как, собственно, и серебро. Именно поэтому для демонстрации возможностей механохимческого подхода к синтезу двойных перовскитов авторы работы включили в список полученных ими соединений и те, у которых в роли катиона А выступает метиламмоний: (CH3NH3)2TlBiBr6.

Из-за малой толщины (сотни нанометров) перовскитных фотоэлементов сама по себе высокая стоимость компонентов здесь не является непреодолимым препятствием. В долгосрочном плане важнее стабильность соединения и его малотоксичность.

Как ни странно, здесь определенные преимущества есть скорее у цезия, чем у метиламмония. Хотя после Чернобыля многие инстинктивно воспринимают слово «цезий» как синоним опасности, на деле обычные изотопы цезия малотоксичны. В крови, мышцах, сердце и печени его относительно много, и тем не менее он не наносит вреда (хотя и биологическая роль его там не вполне понятна).

Что важно — в отличие от метиламмония он весьма устойчив даже в условиях повышенной влажности. Двойные перовскиты «на цезии» стабильны, и потеря ими этого металла с его утечкой в окружающую среду весьма проблематична. Авторы работы с помощью рентгеновского излучения тщательно отслеживали изменения в структуре полученных ими порошков двойных перовскитов. Они не смогли зафиксировать в них никаких изменений на протяжении нескольких месяцев — несмотря на комнатную температуру и влажность, типичную для обычного воздуха. Учитывая, что в солнечной батарее перовскитная пленка защищена стеклом, фактическая «полевая» стабильность новых соединений в ней должна быть еще выше.

Союз со старым соперником

Помимо заметного упрощения синтеза стабильных двойных перовскитов, в том числе за счет использовании механохимического подхода, у нового материала для солнечной энергетики есть еще один потенциальный союзник. Как ни странно, это все тот же кремний, который перовскиты надеются потеснить из обычных серийных фотоэлементов.

Дело в том, что кремний достаточно дешев и при этом показывает относительно высокий КПД. И здесь может быть выгодно «скрестить» его с перовскитами. За счет возможности их «гибкой настройки» (замены части катионов), они могут расширить диапазон используемого таким гибридным фотоэлементом солнечного излучения.

В 2018 году группа исследователей из стартапа Oxford Photovoltaics применила монокристаллический кремний как основу для солнечной батареи, а затем покрыла его перовскитом. Хотя КПД монокристаллического кремниевого фотоэлемента сам по себе не превышает 23-24 процента, в комбинации с перовскитом он достиг 28 процентов — рекордной величины.

Как ни странно, в современной солнечной энергетике цена фотоэлемента часто не так важна, как его эффективность. За последние десять лет цена их упала во много раз. Поэтому в стоимости киловатта установленной мощности солнечной электростанции более 50 процентов занимают поддерживающие конструкции, опоры, труд устанавливающих их рабочих и так далее — но не сами солнечные батареи. Добавив к кремниевым фотоэлементам еще более дешевый слой перовскитов, владелец гелиоэлектростанции не повысит существенно свои затраты. А вот рост КПД даже с 25 до 28 процентов означает рост выручки на 10-12 процентов.

Все это значит, что долгое «лабораторное» соперничество перовскитов и кремния в реальной жизни может обернуться их неожиданным, в силу кажущегося противостояния этих материалов, союзом. Случится ли он на практике — покажет ближайшее будущее.


Александр Березин

Солнечный элемент из кремния и перовскита установил новый рекорд эффективности

Перовскит начали изучать в качестве перспективного материала для солнечных панелей около десяти лет назад. Причём почти сразу его рассматривали как дополнение к традиционным панелям из кремния. Это так называемые тандемные панели, которые состоят из двух и более слоёв/материалов для поглощения солнечного излучения в более широком спектре. КПД тандемных панелей по определению выше, чем из одного материала, что учёные регулярно доказывают.

Экспериментальный солнечный тандемный элемент из кремния и перовскита. Источник изображения: Helmholtz-Zentrum Berlin

Немецкие исследователи из Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца (Helmholtz-Zentrum Berlin, HZB) добились впечатляющих результатов по эффективности тандемной солнечной ячейки из кремния и перовскита. Всего пять лет назад максимальная эффективность тандемных солнечных элементов составляла 13,7 %, два года назад — до 25,2 %, а в начале этого года — 27,7 %. Тандемная ячейка HZB показала эффективность преобразования солнечного света в электричество на уровне 29,15 % при теоретическом пределе КПД для таких элементов 35 %. Для сравнения, по отдельности каждый их этих материалов показывает эффективность преобразования до 20 %.

Экспериментальный элемент имеет площадь всего в 1 см2. Учёные уверяют, что технология позволяет довести размеры ячеек до коммерчески выгодных. Правда, они не берутся указать сроки осуществления коммерческих планов в отношении представленной разработки.

В представленной тандемной солнечной ячейке кремний в основном поглощает красную и инфракрасную часть падающего света, а перовскит — зелёную и синюю. Поставленный учёными рекорд эффективности сертифицирован Fraunhofer ISE и занесен в таблицу NREL, где с 1976 года отслеживается прогресс в технологиях солнечных элементов. Добавим, статья о разработке опубликована в журнале Science и открыта для прочтения.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Эффективный и дешевый перовскит | Euronews

Мы находимся в Лозанне, чтобы подробнее узнать о новом, удивительном для солнечной электроэнергетики, материале, который называется перовскитным. Его светочувствительные кристаллы могут привести к революционному прорыву в солнечной энергетике.

Всего за несколько лет показатели эффективности преобразования энергии перовскитными солнечными батареями практически совпали с традиционным кремнием, но они примерно в 1000 раз тоньше. Это означает, что цена, которую мы платим сегодня за солнечную энергию, в будущем может значительно снизиться.

Эти солнечные элементы третьего поколения состоят из слоев как сэндвич, с перовскитным активным слоем для сбора света. Полупрозрачный и гибкий материал можно было бы использовать вместо стеклянных окон в зданиях. Эксперименты с солнечными элементами проводят в Федеральной политехнической школе Лозанны в рамках проекта GOTSolar.

“Что удивительно в перовскитах, это то, что они могут быть сформированы довольно просто из доступных материалов. Их характеристики блестящи, они уже превышают эффективность поликристаллов кремния. Слабость заключается в свинце, так что мы должны быть осторожны. Но в остальном это прекрасный материал, у которого будет свой путь развития”, – говорит профессор Михаэль Гратцель.

Ученые покрывают солнечные элементы защитным стеклом. Последний слой состоит из золота, которое действует как один из двух электродов. Одним из аспектов, который исследуется в рамках проекта GOTSolar, является так называемая тандемная технология – с использованием кремния и перовскита.

“Самое интересное заключается в том, что мы можем объединить эту технологию с той, в которой использовался кремний, чтобы повысить эффективность до 30%”, – говорит профессор Аделио Мендес.

В Эйндховене, исследователи работают над расширением перовскитных солнечных элементов. Их задача состоит в том, чтобы повторить результаты работы лаборатории в более крупных масштабах, что является важным шагом на пути к коммерциализации перовскитных элементов.

“Это устройство может производить до 18 вольт и 2 ватт. Мы смогли достичь цели этого проекта, но мы хотели бы выйти за его рамки и пойти дальше. Некоторые аспекты этой технологии все еще разрабатываются, и мы стремимся добиться стабильности”, – говорит Аделио Мендес.

Профессор Оливье Беллон, партнер проекта Great Cell Solar, работает над стресс-тестированием солнечных панелей в Исследовательском центре Solliance. Он наблюдает за тем, как батареи выдерживают экстремальные температуры и длительное освещение, имитируя реальные погодные условия.

Вопрос журналиста Евроньюс: “Когда по вашему мнению перовскит может появиться на рынке как коммерческий продукт?”.

“Если последние результаты в этой области окажутся стабильными и подтвердят развитие технологии, я легко могу представить, что уже в ближайшее время перовскит станут использовать в производстве бытовой электроники и других технологиях. А затем его будут применять и в более широких областях – в строительстве, автомобильной промышленности. Но и временные рамки при этом, вероятно, будут немного больше”, – считает Оливье Беллон.

По мнению профессора Беллона, первые продукты на основе перовскита смогут увидеть свет уже в начале 2019 года.

PV-панель дешевле 3 долларов за квадратный метр?

Ученые из Стэнфорда изобрели сверхбыстрый способ производства перовскитных солнечных модулей, которые вскоре могут стать коммерческой альтернативой обычным солнечным панелям из кремния

Большинство солнечных элементов сегодня делается из высокоочищенного кремния, который превращает солнечный свет в электричество. К сожалению, процесс очистки кремния до нужной чистоты далек от экологичности и требует огромного количества энергии от электростанций, которые сами выделяют оксиды углерода и прочие парниковые газы.

Стэнфордская лаборатория профессора Рейнхольда Даускардта показала, что солнечные модули из перовскита можно производить намного дешевле и в четыре раза быстрее, чем обычные кремниевые панели.

Тонкопленочные перовскиты – недорогие гибкие солнечные элементы, которые можно производить с минимальными затратами энергии и практически без выбросов CO2.

В 2019 году журнал Science занес перовскиты в свой ежегодный Топ-10 «Прорыв года».

Минералы, известные как перовскиты, имеют природное происхождение, но их можно довольно легко синтезировать даже в промышленных масштабах. Не так давно они привлекли внимание ученых в качестве перспективных материалов для солнечных батарей. Перовскиты дешевы, просты в изготовлении и способны преобразовывать свыше 15% энергии солнечного света в электричество. И это далеко не предел. Одно особенно многообещающее свойство, по мнению Science, состоит в том, что перовскиты можно наслоить поверх кремниевого материала солнечных элементов, и, таким образом, использовать настолько широкий диапазон длин световых волн, который ни один из них не может захватить в одиночку. Главная из проблем применения перовскитов в солнечных элементах, прежде чем они станут обычным явлением – технологические трудности при их массовом производстве и нестабильность из-за малой атмосферостойкости. Но теперь очевидно, что эти проблемы будут устранены.

Вот почему новый процесс производства перовскита, разработанный в Стэнфорде, так интересен, сказал докторант Стэнфордского университета Ник Ролстон. В новом исследовании, опубликованном в номере журнала Joule от 25 ноября 2020 г., он и его коллеги демонстрируют сверхбыстрый способ производства стабильных перовскитных ячеек и сборки из них солнечных модулей, которые могут питать устройства, здания и даже мощные электросети.

Рис. 1. Перовскитный солнечный модуль, изготовленный методом плазменной обработки с быстрым напылением

«Эта работа представляет собой новую веху в производстве перовскита», – заверили в Stanford Engineering при Stanford University. «Это устраняет некоторые из самых серьезных препятствий на пути к производству солнечных модулей стандартного размера, применяемых уже в течение многих лет».

Перовскитные солнечные элементы до сих пор представляли собой тонкие синтетические кристаллические пленки, изготовленные из дешевых, широко распространенных химических веществ, таких как йод, углерод и свинец. Такие тонкопленочные элементы могут быть выращены в лабораториях при температуре, близкой к температуре кипения воды, что очень далеко от печей с температурой 1650 °C, необходимых для очистки промышленного кремния.

Ученые из Stanford Engineering разработали перовскитные элементы, которые преобразуют 25% солнечного света в электричество, т. е. эффективность преобразования сопоставима с кремниевыми панелями. Им также удалось преодолеть технологическое “проклятие”, когда по существующим доныне технологиям перовскитные ячейки удавалось сделать размером не больше ногтя на большом пальце, при этом они быстро деградировали и распадались под воздействием тепла и атмосферных условий.

Чтобы решить проблему крупномасштабного производства, команда из Stanford Engineering применила недавно изобретенную запатентованную технологию плазменной обработки с быстрым напылением.

В этой технологии используется роботизированное устройство с двумя соплами для быстрого получения тонких пленок перовскита. Одно сопло распыляет жидкий раствор химических прекурсоров перовскита на оконное стекло, в то время как другое распыляет высокореактивный ионизированный газ, т. е. газовую плазму.
«Обычная технология требует, чтобы раствор перовскита «выпекался» около получаса», – сказал Ролстон. «Наше новшество – использовать плазменный источник высокой энергии для быстрого преобразования жидкого перовскита в тонкопленочный солнечный элемент за один этап».

Используя технологию быстрого распыления, команда из Стэнфорда смогла достичь скорости производства 12 метров перовскитной пленки в минуту – примерно в четыре раза быстрее, чем скорость при производстве обычного кремниевого модуля.

«Мы достигли максимальной производительности среди всех солнечных технологий», – сказал Ролстон. «Вы можете представить себе большие стеклянные панели, помещенные на ролики и непрерывно производящие слои перовскита с невиданной ранее скоростью».

В дополнение к рекордной производительности, перовскитные модули, изготовленные по новой плазменной технологии, достигли эффективности преобразования энергии 18%, при этом общая себестоимость панелей крайне низка.

Команда Стэнфорда подсчитала, что их перовскитные модули могут быть произведены примерно вдесятеро дешевле, чем теперь стоит изготовить обычный модуль из кремния. Это значит, что солнечная панель из перовскита при массовом производстве будет стоить примерно $2,75 за 1 м2.

Обычные кремниевые модули производят электричество по цене около 5 центов за киловатт-час. Если решить проблему недорогого атмосферостойкого покрытия, чтобы конкурировать с кремнием, нужно резко поднять срок службы перовскитных модулей.

«Если мы сможем построить панель из перовскитов, который прослужит 30 лет, мы сможем снизить стоимость электроэнергии до менее 2 центов за киловатт-час», – сказал Ролстон. «По такой цене мы могли бы использовать перовскиты для производства энергии для коммунального сектора. Например, доступная по цене солнечная ферма мощностью 100 МВт стала бы реальностью».

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі AW-Therm. Підписуйтесь!

Просмотрено: 2 204
Вас может заинтересовать:

Вам также может понравиться


Заказ был отправлен, с Вами свяжется наш менеджер.

А еще — разноцветные солнечные батареи и секретные информационные носители

Ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Университета ИТМО вместе с коллегами из Германии, Японии и Австралии разработали метод сверхточной, быстрой и качественной лазерной обработки галогенидных перовскитов и показали, как делать солнечные батареи всех цветов радуги, миллионами штамповать нанолазеры для будущих оптических транзисторов, быстро записывать на поверхность информацию, которую сможет прочитать только тот, кому она предназначена.

Перовскит впервые обнаружили в первой половине XIX века на Урале. Это минерал, состоящий из атомов кальция, титана и кислорода. Сегодня перовскиты привлекают интерес научных групп со всего мира, стремительно завоевывают позиции в солнечной энергетике и фотонике, их применяют в нелинейной оптике, из них создают сверхпроводники.

У органо-неорганических перовскитов при всех достоинствах есть серьезный недостаток: они легко разрушаются во время обработки под воздействием электронного пучка, многих жидкостей или высокой температуры, утрачивая свойства, которые так интересуют ученых. Это существенно усложняет процесс изготовления функциональных перовскитных наноструктур, размер которых исчисляется всего десятками нанометров, стандартными методами, например электронной литографией, и мешает внедрению этого материала в промышленность.

Ученые из Университета ИТМО (Санкт-Петербург) совместно с коллегами из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ, Владивосток) решили эту задачу, предложив обрабатывать перовскиты сверхкороткими лазерными импульсами (фемтосекундным лазером). На выходе получили высококачественные наноструктуры с контролируемыми характеристиками.

«Наноструктурировать обычные полупроводники, такие как арсенид галлия, с помощью мощного импульсного лазера очень сложно,— рассказывает Сергей Макаров, ведущий научный сотрудник нового физтеха Университета ИТМО.— Тепло разбегается во все стороны, и все тонкие, резкие грани просто размываются этим теплом. Все равно как если вы попытаетесь сделать миниатюрную татуировку с тонкими деталями, но из-за расплывшейся под кожей краски вы получите просто уродливое синее пятно. Перовскит же имеет плохую теплопроводность, поэтому наши паттерны получились четкими и миниатюрными».

Скрайбинг или нарезка перовскитных пленок на отдельные блоки активно применяется в технологиях производства солнечных батарей, однако процесс не отличался высокой точностью и был довольно травматичным для материала, так как часть перовскита в непосредственной близости от разреза теряла свойства вследствие температурной деградации.

Фемтосекундный лазер не повреждает материал. Сверхкороткие импульсы лазера позволяют не только прорезать перовскит насквозь, но и печатать на его поверхности сложные структуры в виде канавок различной формы шириной несколько сотен нанометров. При этом все оптические свойства материала сохраняются.

«С учетом особенностей структуры, химического состава и свойств перовскитных материалов мы предложили оригинальную технологию их лазерной обработки. Чтобы избежать таких разрушительных для перовскита эффектов, как перегрев, мы облучали его сверхкороткими лазерными импульсами. Интенсивность подобрали такую, чтобы в местах испарения материала температура достигала всего 160 °C. У нас получилось равномерно и очень точно, послойно удалять перовскит в заданной профилем пучка области без существенного негативного воздействия на окружающий материал. Технология обеспечила беспрецедентное качество печати элементов»,— объясняет Александр Кучмижак, научный сотрудник центра НТИ ДВФУ по нейротехнологиям, технологиям дополненной и искусственной реальности.

Ученые ДВФУ и Университета ИТМО назвали сразу три сферы, где их разработка может дать ощутимые прикладные результаты.

Первое — запись на перовските информации, которую можно будет считать только при определенных условиях, известных пользователю.

«Мы продемонстрировали применимость нашего подхода на примере недеструктивной лазерной печати дифракционных решеток и массивов микрополосковых лазеров с предельно малым размером всего 400 нм. Такие размеры позволят в будущем реализовать активные элементы для полностью оптических линий передачи данных»,— говорит один из разработчиков технологии Алексей Жижченко, научный сотрудник НОЦ «Нанотехнологии» инженерной школы ДВФУ.

Второе — с помощью лазера можно менять видимый цвет фрагмента перовскита без красителя. Материал может казаться глазу желтым, черным, синим, красным в зависимости от ваших задач.

«Лазер, чтобы придать окрас поверхности, наносит специальные наноструктуры с определенным периодом,— поясняет Сергей Макаров.— Это нужно для создания солнечных батарей всех цветов радуги. Современная архитектура позволяет покрыть солнечными батареями хоть всю поверхность здания, но далеко не все заказчики хотят однотонные черные панели. С помощью цветных батарей небоскреб может быть желтым, синим, красным и все равно работать всеми своими стенами и крышей как солнечная батарея. Да, энергоэффективность будет меньше, чем у черных фотоэлементов, но все равно выше, чем у простых стен».

Наконец, третье применение — создание нанолазеров для оптических сенсоров и оптических чипов, информация в которых будет передаваться не за счет движения электронов, а за счет движения фотонов.

Простое, быстрое и дешевое производство таких элементов приблизит новую эпоху вычислительной техники, которая будет работать на принципах контролируемого излучения света. Обработка перовскитов по предложенной технологии дает шанс создавать тысячи, даже сотни тысяч нанолазеров в минуту. Промышленное внедрение технологии значительно приблизит мир к созданию оптических компьютеров. «Еще одна особенность технологии в том, что светоизлучающие свойства материала, оставшегося после лазерного испарения, даже улучшаются. Это происходит, потому что меняется химический состав поверхности, а вместе с этим дефекты от лазерного воздействия пассивируются»,— объяснил Александр Кучмижак.

В работе приняли участие ученые из ДВФУ, Университета ИТМО, Объединенного института высоких температур (РАН), Института автоматики и процессов управления (ИАПУ, ДВО РАН), Рурского университета в Бохуме (Германия), Токайского университета (Япония), Технологического университета Суинбурна (Австралия).

Весной 2019 года команда ученых из ДВФУ, Университета ИТМО, Техасского университета Далласа и Австралийского национального университета предложила эффективный, быстрый и дешевый способ создавать перовскитные микролазеры — источники интенсивного светового излучения для оптических микрочипов, которые будут применяться в компьютерах нового поколения.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (19-19-00177).

«LightEmitting Nanophotonic Designs Enabled by Ultrafast Laser Processing of Halide Perovskites»; Alexey Y. Zhizhchenko, Pavel Tonkaev, Dmitry Gets, Artem Larin, Dmitry Zuev, Sergey Starikov, Eugeny V. Pustovalov, Alexander M. Zakharenko, Sergei A. Kulinich, Saulius Juodkazis, Aleksandr A. Kuchmizhak, Sergey V. Makarov, журнал Small, апрель 2020 г.

В МГУ разработан метод повышения КПД перовскитных солнечных батарей большого размера

Специалисты лаборатории новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ детально исследовали взаимодействие гибридных перовскитов с фокусированным лазерным излучением. Результатом стала разработка усовершенствованного метода сборки перовскитных солнечных батарей при помощи лазерной резки.

Гибридные галогенидные перовскиты образуют новый класс полупроводниковых материалов. Используя их как светопоглощающий материал, в перовскитных солнечных элементах, удается поучить КПД более 25%, что лучше рекордных значений для наиболее распространенных сейчас солнечных элементов из поликристаллического кремния.

Чтобы сформировать солнечную батарею большой площади, большой лист обычно разрезают на полоски, которые затем соединяются последовательно. Это позволяет повысить напряжение и КПД получаемого модуля. Однако повышать КПД панели мешает одновременное увеличение площади «мёртвых зон» — участков в соединениях, не участвующих в генерации. Для уменьшения размеров мёртвых зон необходимо совершенствовать технологию лазерной резки материалов, используемых в солнечном элементе.

Сложность заключается в том, что перовскитный солнечный элемент состоит из нескольких слоёв, и разрезать необходимо только некоторые из них — так, чтобы не были повреждены остальные, в частности, вследствие каскада термохимических и фотохимических реакций с выделением газообразных продуктов распада, затрудняющих управление параметрами резки.

Исследователи изучили указанные реакции методом спектроскопии комбинационного рассеяния и определили основные продукты распада перовскита под действием мощного лазерного излучения. Кроме того, они обнаружили, что летучие продукты распада конденсируются на поверхности плёнок перовскита, увеличивая размеры мёртвых зон.

Предложенный метод минимизации нежелательных процессов заключается в подаче в область резки направленного потока инертного газа.

Новый процесс производства перовскитовых солнечных панелей с эффективностью 15,5% – pv magazine International

Ученые из Стэнфорда использовали роботизированное устройство с двумя соплами для быстрого получения тонких пленок перовскита. Из этих пленок они изготовили перовскитные ячейки и модули с эффективностью 18% и 15,5% соответственно. По их словам, эта технология может позволить производить перовскитные модули по цене около 0,25 доллара за квадратный фут.

Эмилиано Беллини

Перовскитовый солнечный модуль, произведенный методом плазменной обработки с быстрым напылением.

Изображение: Стэнфордский университет

Стэнфордские исследователи утверждают, что продемонстрировали сверхбыстрый процесс производства стабильных перовскитных ячеек и модулей с эффективностью 18% и 15,5% соответственно.

Описанный в исследовании Rapid Open Air Fabrication of Perovskite Solar Modules , опубликованном в Joule , предлагаемый метод основан на плазменной обработке, которая является одним из наиболее важных инструментов в технологиях обработки тонких пленок и поверхностей, с добавление быстрого распыления.«В этой технологии используется роботизированное устройство с двумя соплами для быстрого производства тонких пленок перовскита», – пояснили в Стэнфордской команде. «Одно сопло распыляет жидкий раствор химических прекурсоров перовскита на оконное стекло, а другое выпускает выброс высокоактивного ионизированного газа, известного как плазма».

Ученые утверждают, что обычным процессам требуется около получаса для «запекания» раствора перовскита, и что их новый метод позволяет преобразовать жидкий перовскит в тонкопленочный солнечный элемент за один этап и в четыре раза быстрее.Утверждается, что этот процесс может производить 40 футов (12 м) перовскитовой пленки в минуту. «Мы достигли максимальной производительности среди всех солнечных технологий», – сказал соавтор исследования Ник Ролстон. «Вы можете представить себе большие стеклянные панели, помещенные на ролики и непрерывно производящие слои перовскита с невиданной ранее скоростью».

Ученые заявили, что этот процесс может позволить производить перовскитные модули по цене около 0,25 доллара за квадратный фут. Это будет примерно 2 доллара.50 штук на квадратный фут, необходимые для производства панели из кристаллического кремния.

Солнечные элементы, построенные на демонстрации, сохранили всю свою эффективность в течение пяти месяцев, и теперь исследователи стремятся повысить их долговечность с помощью новых технологий инкапсуляции. «Если мы сможем построить перовскитовый модуль, который прослужит 30 лет, мы сможем снизить стоимость электроэнергии ниже 2 центов за киловатт-час», – добавил Ролстон. «По такой цене мы могли бы использовать перовскиты для производства энергии в коммунальном масштабе.Например, солнечная ферма мощностью 100 МВт ».

Этот контент защищен авторским правом и не может быть использован повторно. Если вы хотите сотрудничать с нами и хотели бы повторно использовать часть нашего контента, свяжитесь с нами: [email protected]

Перовскитные пленки для солнечных батарей, изготовленные с рекордно низкой стоимостью и скоростью | Research

Метод изготовления перовскитных пленок для солнечных панелей с рекордной скоростью и стоимостью всего 0,25 доллара за квадратный фут может, наконец, сделать эту технологию коммерчески жизнеспособной.

Перовскитные солнечные элементы

предлагают заманчивую возможность более высокой энергоэффективности и более быстрого производства, чем обычные коммерческие кремниевые панели. Исследователи и раньше увеличивали масштабы перовскитных ячеек, но пока они не являются коммерчески жизнеспособными. Хотя перовскитные панели могут быть дешевыми, они разрушаются под воздействием тепла и влаги. Это делает их менее прочными, чем кремниевые, срок службы которых превышает 25 лет.

«Если мы сможем построить перовскитовый модуль, который прослужит 30 лет, мы сможем снизить стоимость электроэнергии ниже 2 центов за киловатт-час.По такой цене мы могли бы использовать перовскиты для производства энергии в коммунальном масштабе », – сказал руководитель исследования Ник Ролстон из Стэнфордского университета, США, в интервью Stanford News .

Команда

Ролстона теперь разработала процесс изготовления перовскитных пленок солнечных элементов в 10 раз дешевле кремниевых. Одноэтапный метод исследователей получил название RSPP – быстрая плазменная обработка распылением. Они распыляли раствор, содержащий предшественники перовскита иодида свинца цезий-формамидиния, на такую ​​подложку, как стекло, и подвергали его воздействию плазмы, которая ускоряла кристаллизацию, делая его невосприимчивым к влажности окружающей среды.В результате получился перовскитовый модуль с эффективностью преобразования энергии 18%. Хотя долговременная стабильность слоя еще предстоит проверить, элементы сохраняют свою полную эффективность в течение двух часов на воздухе.

RSPP не требует какой-либо обработки после отжига для улучшения физических, оптических и электрических свойств, что делает производство больших перовскитных пленок чрезвычайно быстрым: 12 метров в минуту, что в четыре раза быстрее, чем требуется для производства кремниевых солнечных элементов.

«Мы достигли наивысшей производительности среди всех солнечных технологий», – сказал Ролстон Stanford News .«Вы можете представить себе большие стеклянные панели, помещенные на ролики и непрерывно производящие слои перовскита с невиданной ранее скоростью».

«Система RSPP – это технологический прорыв в захватывающей области перовскитных солнечных элементов», – говорит Махеш Суряванши, исследователь в школе фотоэлектрической и возобновляемой энергетики в Университете Южного Уэльса в Сиднее, Австралия. «Однако меня беспокоят проблемы стабильности и токсичности, связанные с перовскитными солнечными элементами на основе свинца, которые могут нанести долгосрочный серьезный ущерб окружающей среде и, в свою очередь, серьезный вред здоровью человека.В этом исследовании отсутствует точный анализ механизма деградации свинцово-перовскитных солнечных элементов ».

«Система RSPP, безусловно, имеет потенциал стать коммерчески жизнеспособным методом производства перовскитных солнечных модулей в глобальном масштабе», – говорит Сурьяванши.

Исправление: Цена за квадратный фут перовскитовой пленки была обновлена ​​15 декабря.

Низкозатратные солнечные элементы из перовскита, дышащие горловиной ископаемого газа

Солнечные элементы весили сногсшибательные 300 долларов за ватт, когда они впервые появились на сцене еще в 1956 году.Кто бы мог подумать, что эти дорогие безделушки однажды упадут до однозначных цифр и вытеснят могучий королевский уголь с рынка производства энергии? Что ж, они есть, и ископаемый газ – следующее падшее домино, убивающее планету. Любой, кто все еще думает, что у газа есть шанс, должен внимательно следить за последними новостями о дешевых перовскитных солнечных элементах.

Перовскитовые солнечные элементы достигли еще одной вехи, установив новый рекорд эффективности преобразования на большой поверхности (фото обрезано, через NTU).

Что такое перовскитные солнечные элементы?

Для сравнения: когда первая коммерческая версия появилась на прилавках в 1956 году, одни только солнечные панели стоили 300 долларов за ватт, и это касалось только панели.Их установка где-нибудь требует дополнительных затрат.

Теперь, 74 года спустя, солнечные панели стоят всего 50 центов за ватт, и можете ли вы покрыть ими всю крышу по средней цене менее 3 долларов за ватт, если они полностью установлены. Это включает в себя солнечные панели и все другое оборудование, подключение к сети и все необходимые разрешения, а также затраты вашего установщика на рабочую силу, маркетинг, администрирование и многое другое.

При 50 центах за ватт можно подумать, что солнечные элементы могут сделать передышку, став еще более дешевыми.Однако «жесткая» стоимость солнечной установки по-прежнему составляет около 35% от общей суммы. Снижение уровня солнечных элементов до самого дешевого уровня – все еще медное кольцо, к которому стоит стремиться с точки зрения того, куда идут деньги на НИОКР.

До сих пор все эти действия по снижению затрат происходили за счет кремниевых технологий. Однако силикон – материал, с которым сложно работать на производстве, а готовый продукт жесткий, тяжелый и громоздкий.

Вот где пригодится перовскитовый солнечный.Перовскит относится к классу кристаллов, которые можно выращивать синтетическим путем с относительно низкими затратами. Кроме того, раствор перовскита можно распылять или печатать на тонкой, гибкой и легкой поверхности, а это означает, что в производственном процессе можно использовать печать с рулона на рулон и другие традиционные недорогие методы.

Это также означает, что перовскитные солнечные элементы могут обеспечить гораздо более широкий спектр применений, включая, среди прочего, создание интегрированных солнечных батарей, а также развивающуюся область автомобильных интегрированных солнечных батарей.

Последние новости о перовскитных солнечных элементах: размер имеет значение

Если вы знаете свои перовскиты, вы знаете, что технологиям перовскита еще предстоит преодолеть ряд серьезных препятствий. CleanTechnica отслеживает проблему стабильности перовскита, но мы почему-то упустили проблему размера, и именно здесь появились последние исследования.

Как описала группа ученых из Технологического университета Наньян в Сингапуре, до сих пор исследовательские усилия были сосредоточены на установлении рекордов производительности в масштабе «намного меньше» одного квадратного сантиметра.Солнечные элементы теряют эффективность в большем масштабе.

Итак, команда NTU попробовала кое-что другое. Вместо использования обычного метода центрифугирования для изготовления нового солнечного элемента из перовксита они применили другой метод нанесения покрытия, называемый совместным термическим испарением, который обычно используется в широком спектре продуктов, включая органические светодиодные телевизоры.

В результате получился мини-модуль площадью 21 квадратный сантиметр с эффективностью преобразования 18,1%, что является рекордом в этом масштабе согласно NTU.

Они также достигли 19% при меньшем масштабе в один квадратный сантиметр и даже лучше – 20,28% для 0,16 квадратного сантиметра.

В качестве бонусных баллов они также обнаружили, что могут изготавливать новые солнечные элементы разных цветов без потери эффективности, что предоставит архитекторам и дизайнерам автомобилей целый ряд новых возможностей на выбор.

Вы можете получить все подробности из журнала Joule под заголовком « Высокоэффективные перовскитные солнечные элементы и мини-модули с термическим совместным испарением».

Солнечные элементы, дышащие природным газом, с помощью энергии ветра

Еще один аспект, который следует учитывать в области перовскитных солнечных элементов, – это потенциальная роль технологии в создании гибридных ветро-солнечных электростанций. Несмотря на то, что это сложно спроектировать, комбинация ветра и солнца в полной мере использует преимущества дневного солнца и ночного ветра, сводя к минимуму затраты на хранение энергии.

Идея начинает завоевывать популярность здесь и там. Первый в своем роде проект реализуется в Миннесоте, а аналогичная гибридная ветро-солнечная электростанция формируется в Оклахоме.

Если все пойдет по плану, оба этих проекта продемонстрируют, что возобновляемые источники энергии могут конкурировать с ископаемым газом по стоимости, помимо угля.

Оба проекта также находятся в ведении коммунальных предприятий, находящихся под зонтиком сельских электрических кооперативов, что не случайно. Благодаря своему уникальному регулятивному статусу, REC имеют больше возможностей для внедрения инноваций, когда это выгодно их налогоплательщикам.

Итак, вот что интересно.Хотя многие РЭЦ охватывают значительную часть городских и пригородных территорий, они также включают большие участки открытых пространств и сельскохозяйственных угодий, что поднимает вопрос о конкурирующем использовании земель для солнечной энергетики.

Развивающаяся область агроэнергетики может частично решить эту проблему. Он включает в себя поднятие рядов обычных солнечных панелей над землей на несколько дополнительных футов для обеспечения возможности выпаса скота, среды обитания опылителей и других сельскохозяйственных целей под ними.

Благодаря технологии легкого перовскита, варианты солнечных батарей могут быть полностью перенесены с пахотных земель на построенные элементы сельскохозяйственных угодий, включая сараи и силосы.

Башни ветряных турбин становятся привычным элементом на фермах по всей стране, так что это может быть еще одним вариантом применения перовскита.

На самом деле, кажется, только вчера мы отправились на запад, чтобы осмотреть башню ветряной турбины GE Space Frame, которая была обновленной версией старомодного решетчатого подхода к строительству высоких башен, таких как Эйфелева башня.

Подход Space Frame разрешил некоторые технологические проблемы с конструкцией решеток.GE также покрыла все это легкой облицовкой, чтобы улучшить эстетику, а также чтобы птицы не садились на решетку.

Общая цель Space Frame состояла в том, чтобы построить высокие, высокие и самые высокие башни ветряных турбин, которые позволят турбине достигать оптимальных ветровых ресурсов высоко над землей.

Добавьте покрытие из перовскитных солнечных элементов на всю эту облицовку, и Боб – ваш дядя.

Да погодите, это было путешествие в 2014 году. Как время летит.В следующем году GE позолочила лилию преобразования энергии, накрыв гондолу и внутреннюю часть лопаток турбины облицовкой.

Итак, больше возможностей для перовскитного покрытия.

Space Frame и обшивка гондолы с тех пор не пересекались с радаром CleanTechnica , и с веб-сайта GE тоже не было ни слова. Если бы они отложили идеи на полку, возможно, сейчас самое подходящее время, чтобы смахнуть их пыль.

Следуйте за мной в Twitter.

Фотография (обрезанная): «Использование существующего в отрасли метода приближает перовскиты к рыночному внедрению» через NTU.

Реклама
У вас есть совет для CleanTechnica, вы хотите разместить рекламу или предложить гостя для нашего подкаста CleanTech Talk? Свяжитесь с нами здесь.

Первая коммерческая солнечная энергия из перовскита в конце 2019 года и путь к развитию энергетической иглы

Saule Technologies – ведущая компания, занимающаяся коммерциализацией перовскитных солнечных элементов.

Запущена опытно-промышленная линия по струйной печати перовскитных солнечных элементов.

Они планируют достичь 40 000 квадратных метров панелей к концу 2019 года и 180 000 квадратных метров к концу 2020 года. Первая в мире крупномасштабная производственная линия по производству прототипов будет готова к концу 2019 года. Это будет Saule. Технологический завод в Варшаве, Польша.

В 2018 году мир добавил 104 гигаватта солнечной энергии. Солнечная энергия вырабатывает от 150 до 360 ватт на квадратный метр. Вырабатываемая мощность зависит от технологии и от того, насколько солнечно место, где размещаются панели.В 2018 году мир добавил от 300 до 500 миллиардов квадратных метров солнечных панелей. Объем пилотного производства перовскита необходимо увеличить в миллион раз.

Потенциал перовскитовых солнечных батарей для более дешевой энергии

По некоторым оценкам, солнечные панели из перовскита могут стоить всего от 10 до 20 центов за ватт, по сравнению с 75 центами за ватт для традиционных кремниевых панелей – экономия от 3 до 8 раз.

Ингредиенты, используемые для создания перовскита, широко доступны и недорого комбинировать, так как это можно делать при относительно низких температурах (около 100 ° C).Кремниевые элементы необходимо нагреть до высоких температур (до 900 ° C) для удаления дефектов, что является дорогостоящим процессом.

Силикатный перовскит может составлять до 93% нижней мантии, а форма магниевого железа считается самым распространенным минералом на планете Земля, составляя 38% от ее объема.

Универсальность: рулоны перовскита благодаря этой обработке имеют тонкую, гибкую и легкую структуру, в отличие от кремниевых пластин, которые обычно бывают толстыми, тяжелыми и жесткими. Из-за этой универсальности перовскит теоретически может быть размещен на черепице, окнах или практически на любой поверхности, которую только можно вообразить.Эта универсальность – это то, что может позволить солнечной энергии достичь масштаба, который в конечном итоге полностью устранит зависимость от ископаемого топлива.

Эффективность: Как упоминалось выше, эффективность преобразования перовскита за последние пять лет выросла с поразительной скоростью – с 4 процентов до почти 20 процентов. И это только начало – теоретический предел эффективности преобразования перовскита составляет около 66 процентов, по сравнению с теоретическим пределом кремния около 32 процентов.

Однако земля и металлические конструкции для солнечных ферм не будут уменьшены из-за более дешевых солнечных панелей.Площадь и строение уменьшатся только в том случае, если повысится эффективность преобразования. Теоретический КПД 66% будет вдвое выше потенциала кремния и втрое выше текущего КПД коммерческой солнечной энергии.

На пути к высокоскоростному производству рулонов

Национальная лаборатория возобновляемой энергии США (NREL) добивается прогресса в направлении масштабируемого производства перовскитных солнечных элементов на рулонах.

Мечта о печати солнечных батарей с рулона на рулон – достичь скорости печати цветных газет.

В 2005 году Mitsubishi Diamond star стала самой быстрой в мире газетной офсетной машиной двойной ширины. Это высотой с четырехэтажное здание со скоростью печати 90 000 полноцветных 96-страничных широкоформатных копий в час. Это почти 1 миллион квадратных метров страниц в час.

Читатель Nextbigfuture Goatguy провел некоторый анализ панели Saule Technology

Каков фактический выход указанной панели площадью 1,3 квадратных метра?

Если это примерно 200 Вт, то это отлично и сравнимо с кремнием.

… (200 Вт ÷ 1,3 м² ÷ 1000 Вт / м² (номинал) = 0,154 или КПД 15,4%) ÷ (коэффициент заполнения)

Может быть больше, если «коэффициент заполнения» 1,3 м² не очень близок к 100%. (Коэффициент заполнения = (активная область) / (общая площадь))

СЛЕДУЮЩИЙ ВОПРОС: «Как этот новый метод справляется с ветром, дождем, ионным загрязнением, снегом, птичьим пометом, накоплением городской сажи?»

Насколько я помню, это перовскитовая ахиллесова пята: она должна быть достаточно хорошо защищена от окружающей среды, так как влажность (и ионы, и…) способствуют быстрому разрушению материала.Первые почти успешные перовскитные солнечные элементы были фактически нанесены методом вакуумного напыления на внутреннюю часть обычных люминесцентных ламп с длинными трубками. Не настоящие лампы, а упаковка, поскольку в ней должен сохраняться вакуум в течение потенциально десятилетий, а также сотни крупномасштабных производственных операций по всему миру, что делает этот формат довольно дешевым (мало исследований) в производстве.

Даже электрические соединения по методу люминесцентной лампы пригодились! (Существует 2 основных стандарта: обычный двухконтактный на каждом конце и менее распространенный формат «мгновенного запуска» с одним большим контактом.Очевидно, что однополюсный, как правило, лучше; повозившись со своей долей двухконтактных флуоресцентных ламп в моей жизни, я могу засвидетельствовать тот факт, что большую часть времени они до досады выглядят очень непросто.)

В любом случае, возможно, если бы проблемы с изоляцией окружающей среды и пассивацией были решены и появилась надежная напыляемая ячейка 15% +, то в ближайшем будущем действительно может произойти революция в производстве электроэнергии.

Автор Goatguy и Брайан Ван. Nextbigfuture.com

Брайан Ван – идейный лидер футуризма и популярный научный блоггер с 1 миллионом читателей в месяц. Его блог Nextbigfuture.com занимает первое место среди новостных научных блогов. Он охватывает многие прорывные технологии и тенденции, включая космос, робототехнику, искусственный интеллект, медицину, биотехнологию против старения и нанотехнологии.

Известный тем, что выявляет передовые технологии, он в настоящее время является соучредителем стартапа и сборщиком средств для компаний с высоким потенциалом на ранней стадии. Он является руководителем отдела исследований ассигнований на инвестиции в глубокие технологии и ангел-инвестором в Space Angels.

Часто выступает в корпорациях, он был спикером TEDx, спикером Университета сингулярности и гостем на многочисленных интервью для радио и подкастов. Он открыт для публичных выступлений и консультирования.

Когда средние показатели перовскитовой солнечной энергии, составляющие 0,02 доллара США / кВт · ч, станут основным направлением?

Доступный, легкий и гибкий перовскит из нового солнечного материала с каждым годом растет в эффективности преобразования, что привело к его популярности во всем мире, и ученые из разных стран в настоящее время ищут решения в области модулей большого размера и надежности, а также экспедиция коммерциализации.

В большинстве существующих солнечных элементов используется кристалл кремния, который издалека выглядит как синий солнечный модуль, а перовскитовый солнечный элемент, изобретенный японским химиком Миясакой Цутомо в 2009 году, является одной из восходящих звезд, эффективность преобразования которой в настоящее время превышает 26% от первоначальной. цифра 3,8%, которая также может быть легко преобразована в изогнутые модули с помощью технологии печати, где ожидается снижение стоимости производства вдвое.

Являясь одним из производителей, осуществляющих ускоренную коммерциализацию, Toshiba повысила эффективность коммерциализации преобразования до 14.1%, тогда как Panasonic также разработала перовскитовый элемент с КПД более 16%. Перовскитные солнечные элементы могут стать важной технологией для удовлетворения углеродно-нейтральной экономики Японии, если они станут более доступными. Тодори Кенджим, старший эксперт Toshiba, прокомментировал, что такая технология облегчит установку солнечных панелей практически повсюду в будущем.

Многие страны осуществляют преобразование энергии, чтобы удовлетворить растущий спрос на электроэнергию, а также снизить уровень выбросов углерода.В прошлом году в день Рождества Япония предложила экологическую стратегию углеродной нейтральности и стремится к 2050 году поднять долю производства энергии из возобновляемых источников до 50-60%, а затем сосредоточить внимание на морской ветроэнергетике, солнечной энергии и водороде. энергия.

Перовскит не только является растущим солнечным материалом с точки зрения углеродной нейтральности Японии, но также является отличным методом дальнейшего снижения затрат для мировой солнечной промышленности. Исследовательский персонал Стэнфордского университета также отметил, что дальнейшая оптимизация технологии производства перовскитных элементов может снизить среднюю цену на электроэнергию до 0 долларов США.02 / кВтч, что делает его одним из самых дешевых возобновляемых источников энергии.

Многие ученые во всем мире в настоящее время изучают перовскит для солнечных батарей, хотя этот конкретный продукт имеет много возможностей для улучшения, например, низкая долговечность и резкое снижение эффективности преобразования из-за включения большей части примесей или трудностей даже в применении, когда Увеличены размеры перовскитных ячеек, для чего ученые использовали графен или различные органические и неорганические составные материалы, чтобы продлить срок службы перовскита, или объединили два разных солнечных материала в надежде повысить эффективность преобразования солнечной энергии.

Успешная разработка перовскитных солнечных элементов, обладающих высоким сроком службы и эффективностью, получит корону в жесткой области зеленой энергии, хотя Миясака считает, что Япония может не стать лидером в этом соревновании, поскольку в Китае есть не менее 10 тысяч эксклюзивных сотрудников, занимающихся изучением перовскита. элементов, что в 10 раз больше, чем в Японии, и, несмотря на то, что Япония лидировала в развитии солнечной энергии несколько десятилетий назад, японские поставщики сейчас отстают от иностранных конкурентов.

(Источник фото на обложке: pixabay )

Перовскитные солнечные элементы | Министерство энергетики

ПРИОРИТЕТ ВТОРОЙ – Стабильность и деградация: солнечные элементы из перовскита продемонстрировали конкурентоспособную эффективность с потенциалом более высокой производительности, но их стабильность довольно ограничена по сравнению со стабильностью ведущих фотоэлектрических технологий: они плохо выдерживают влагу , кислород, длительные периоды света или высокая температура. Чтобы повысить стабильность, исследователи изучают деградацию как перовскитных материалов, так и контактных слоев.Повышенная долговечность элементов имеет первостепенное значение при разработке коммерческих перовскитных солнечных батарей.

Несмотря на значительный прогресс в понимании стабильности и деградации перовскитных солнечных элементов, текущий срок службы не является коммерчески выгодным. Мобильные рынки могут допускать более короткий срок эксплуатации, но стабильность во время хранения (до использования) по-прежнему является ключевым критерием эффективности для этого сектора. Для массового производства солнечной энергии технологии, которые не могут работать более двух десятилетий, вряд ли будут жизнеспособными, несмотря на другие преимущества.

Ранние перовскитовые устройства быстро деградировали. Несколько лет назад типичные перовскитовые устройства приходили в нефункциональное состояние за считанные минуты или часы. Теперь несколько групп продемонстрировали срок службы в несколько месяцев. Для коммерческого производства электроэнергии на уровне сети SETO нацелена на срок эксплуатации не менее 20 лет, а предпочтительно более 30 лет.

Сообщество исследователей и разработчиков перовскита в области фотоэлектрических технологий в значительной степени сосредоточено на эксплуатационном сроке службы и рассматривает несколько подходов для понимания и улучшения внутренней и внешней стабильности и деградации.Усилия включают улучшенную пассивацию поверхности абсорбирующих слоев; альтернативные материалы и составы для слоев поглотителя, слоев переноса заряда и электродов; и передовые герметизирующие материалы и подходы, которые уменьшают источники деградации во время изготовления и эксплуатации.

Одна проблема с оценкой деградации перовскитов связана с разработкой последовательных методологий испытаний и валидации. Исследовательские группы часто сообщают о результатах работы, основанных на различных условиях испытаний, включая изменчивость подходов к инкапсуляции, состав атмосферы, освещенность, электрическое смещение и другие параметры.Хотя такие разнообразные условия испытаний могут дать понимание и ценные данные, отсутствие стандартизации затрудняет прямое сравнение результатов и затрудняет прогнозирование эксплуатационных характеристик на основе результатов испытаний. Это влияет на все сообщество исследователей и разработчиков перовскита, независимо от какой-либо конкретной области исследований, набора материалов или подхода к улучшению стабильности.

ПРИОРИТЕТ ТРЕТИЙ – Технологичность: Увеличение масштабов производства перовскита необходимо для производства перовскитных солнечных элементов.Обеспечение масштабируемости и воспроизводимости процессов может увеличить объемы производства и позволить перовскитным фотоэлектрическим модулям соответствовать установленным для офиса планам затрат на электроэнергию и потенциально превышать их.

Ячейки представляют собой тонкопленочные устройства, состоящие из слоев материалов, напечатанных или покрытых жидкими чернилами или нанесенных методом вакуумного напыления. Производство однородного перовскитового материала с высокими эксплуатационными характеристиками в условиях крупномасштабного производства является сложной задачей, и существует существенная разница в производительности между эффективностью ячейки малой площади и производительностью модуля большой площади.Будущее производства перовскита будет зависеть от решения этой проблемы, которая остается активной областью работы в сообществе исследователей фотоэлектрических систем.

Для производства перовскитных устройств в лабораторных условиях использовались различные методы. Многие из этих методов нелегко масштабировать, но прилагаются значительные усилия для применения масштабируемых подходов к производству перовскита. Для тонкопленочных технологий их можно разделить на два основных типа производственных линий:

  • От листа к листу: Слои устройства наносятся на жесткую подложку, которая обычно действует как лицевая поверхность готового солнечного модуля.Этот подход обычно используется в производстве тонкопленочных материалов из теллурида кадмия.
  • Roll-to-Roll: Слои устройства наносятся на гибкую подложку, которую затем можно использовать как внутреннюю или внешнюю часть готового модуля. Исследователи пробовали этот подход для других фотоэлектрических технологий, но он не получил значительной коммерческой поддержки из-за препятствий на пути к достижению высокой эффективности преобразования солнечной энергии (независимо от способа изготовления). Однако он широко используется для производства фотографической и химической пленки и бумажной продукции, например газет.

Масштабируемость этих подходов к производству дает перовскитам потенциал для более быстрого увеличения емкости по сравнению с кремниевыми фотоэлектрическими элементами. Рассматриваемые процессы хорошо зарекомендовали себя в киноиндустрии, что позволяет легко использовать знания и цепочки поставок, связанные с инструментами и компонентами, для дальнейшего снижения затрат и рисков на масштабирование.

Дополнительными препятствиями для коммерциализации являются потенциальное воздействие на окружающую среду, связанное с перовскитным поглотителем, который основан на свинце.Таким образом, альтернативные материалы изучаются для оценки, снижения, смягчения и потенциального устранения токсичности и экологических проблем.

ПРИОРИТЕТ ЧЕТВЕРТОЙ – Валидация технологий и приемлемость для банков: Валидация, проверка эффективности и приемлемость для банков – обеспечение готовности финансовых учреждений финансировать проект или предложение по разумным процентным ставкам – необходимы для коммерциализации перовскитных технологий. Разнообразие протоколов тестирования и минимальные полевые данные ограничивают возможность сравнения производительности перовскитных устройств и повышают уверенность в долгосрочном рабочем поведении.

Текущие протоколы тестирования солнечных фотоэлектрических устройств были разработаны для существующих основных фотоэлектрических технологий. Они используют тестирование в помещении с использованием протоколов, подтвержденных на основе десятилетий корреляции с характеристиками на открытом воздухе. Они не могут быть хорошими предсказателями долгосрочных характеристик новых фотоэлектрических технологий вне помещений. Объективная и надежная проверка с использованием протоколов испытаний, которые могут адекватно прогнозировать долговременную работу вне помещений, имеет решающее значение для получения достаточной уверенности в перовскитных технологиях, позволяющих инвестировать в масштабирование и развертывание производства.Быстро меняющиеся материалы и состав устройств перовскитных солнечных элементов делают эту стандартизированную проверку особенно сложной и важной.

Ориентиры и цели

SETO отслеживает прогресс в научно-исследовательских и производственных сообществах и взаимодействует с потенциальными заинтересованными организациями, инвесторами, финансистами и конечными пользователями для создания контрольных показателей и целей для коммерческого развертывания перовскитных фотоэлектрических элементов на рынке генерации электроэнергии.Эти контрольные показатели и цели, вероятно, будут развиваться по мере углубления понимания того, что позволит производить и развертывать перовскитные фотоэлектрические элементы в гигаваттном масштабе.

Разрабатываются различные материалы, конструкции устройств и технологии производства, и неясно, какой из этих подходов является наиболее перспективным. Цели для перовскитных ячеек и модулей с одинарным переходом будут отличаться от мишеней для гибридных перовскитных тандемов и полностью перовскитных тандемов. Ниже приведены некоторые обобщенные цели на ранних этапах, имеющие отношение к стимулированию коммерциализации перовскита ФЭ.Цели более поздней стадии находятся в стадии разработки и будут опубликованы в будущем.

По мере того, как перовскитные фотоэлектрические элементы поступают в продажу, необходимо соблюдать баланс между демонстрацией высокой эффективности преобразования мощности и высокой стабильностью, использованием масштабируемых производственных процессов и масштабированием от отдельных ячеек до многокомпонентных модулей с большими активными областями. Цели, представленные здесь, предназначены для модулей, а не для ячеек. Некоторая потеря эффективности активной области связана с увеличением масштаба от ячеек к модулям. Чтобы перовскитная фотоэлектрическая технология стала коммерчески жизнеспособной, на ранних этапах необходимы целевые показатели эффективности преобразования энергии от 18% до 25%, что демонстрируется с помощью многоячеечных модулей размером от десятков квадратных сантиметров до квадратных метров.Более половины слоев (включая слой перовскита) в пакете устройств следует наносить с помощью масштабируемых методов осаждения с соответствующей производительностью или скоростью осаждения для крупносерийного производства. Первоначально эти модули должны демонстрировать стабильность работы, сохраняя от 80% до 95% своей исходной производительности после 1000 часов ускоренных испытаний. Эти цифры необходимо будет улучшить в будущем, чтобы они соответствовали желаемому десятилетнему сроку эксплуатации. Между тем, эти целевые показатели представляют собой полезную метрику, помогающую сообществу перовскитов повысить надежность.

SETO Финансирование НИОКР по перовскиту

Вы также можете посетить нашу карту солнечных проектов и выполнить поиск по запросу «перовскит», чтобы узнать больше об этих проектах.

Дополнительная информация

Узнайте больше о программе солнечной энергетики.

Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы быть в курсе последних новостей.

Технико-экономический анализ производства перовскитовых солнечных модулей с использованием недорогих материалов и технологий

После быстрого прогресса в последние несколько лет появляющиеся солнечные элементы на основе металлогалогенных перовскитов стали потенциальным кандидатом на то, чтобы составить конкуренцию и даже превзойти фотоэлектрические элементы (ФЭ) на основе кристаллического кремния на рынке.Многие эксперты ожидают, что благодаря высокому коэффициенту использования материалов, простоте производственных процессов и высокой эффективности преобразования энергии> 20%, перовскитные солнечные элементы (PSC) станут одной из самых дешевых фотоэлектрических технологий в будущем. Здесь мы оцениваем экономический потенциал PSC, разрабатывая восходящую модель затрат для перовскитных фотоэлектрических модулей, изготовленных с использованием возможных недорогих материалов и процессов. Мы рассчитываем прямые производственные затраты (31,7 долларов за м 2 ) и минимальную устойчивую цену (MSP, 0 долларов.41 согласно W p ) для стандартного перовскитного модуля, производимого в США. Такие модули, работающие с КПД фотопреобразования 16% на 30-летней несубсидируемой электростанции коммунального уровня, будут производить электроэнергию по нормированной стоимости энергии (LCOE) в диапазоне от 4,93 до 7,90 ¢ за кВт в час. Мы обсуждаем ограничения при сравнении рассчитанных MSP с фактическими рыночными ценами, определяем влияние срока службы модуля, исследуем влияние альтернативных материалов и конструкций и указываем пути дальнейшего снижения значений MSP и LCOE.Анализ показывает, что PSC могут стать лидером по стоимости в производстве фотоэлектрической энергии, если будут решены остающиеся критически важные проблемы.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *