Перовскиты и перовскитные солнечные элементы: Сравнительный обзор

Что такое перовскиты и перовскитовые солнечные элементы?

Перовскиты - это группа минералов с особой кристаллической структурой. Они не являются редкостью, если производятся в лабораторных условиях. Ученые используют эти лабораторные материалы для создания солнечных элементов. Полученные перовскитовые солнечные элементы превращают свет в электричество. Они демонстрируют хорошую производительность и могут быть изготовлены с низкой себестоимостью. Структура этих материалов помогает улучшить поглощение света и перенос заряда. Многие исследовательские группы используют перовскитовые солнечные элементы как способ улучшить преобразование солнечной энергии.

В последние годы этим солнечным элементам уделяется большое внимание. Они обладают высокой степенью поглощения света и простым процессом производства, а их производительность не уступает более старым технологиям. Многие инженеры сравнивают эти элементы с традиционными кремниевыми солнечными батареями. Это обсуждение поможет нам понять, как перовскитовые солнечные элементы могут способствовать удовлетворению будущих энергетических потребностей.

Структура и материалы для перовскитового солнечного элемента

Подложка

Подложка - это основа солнечного элемента. Она обеспечивает физическую поддержку и удерживает другие слои на месте. Обычно в качестве подложки используется стекло или гибкие пластиковые материалы. Эти материалы обеспечивают долговечность и стабильность. Во многих случаях выбор подложки помогает снизить стоимость и упростить установку.

Прозрачный проводящий слой

Следующий слой - прозрачный проводящий слой. Этот слой позволяет свету проникать в активные зоны. Он также проводит электричество, генерируемое в ячейке. Здесь используются такие материалы, как оксид индия-оловаили оксид олова, легированный фтором. Они сочетают в себе необходимость в прозрачности и хорошую электропроводность.

Электронно-транспортный слой

Электронно-транспортный слой играет ключевую роль в перемещении электронов от перовскитового слоя. Обычно для этого используются такие материалы, как диоксид титана. Этот слой помогает предотвратить рекомбинацию электронов и дырок. Тем самым он повышает общую эффективность солнечного элемента.

Перовскитовый слой

Перовскитовый слой - это сердце устройства. Он содержит кристаллы перовскита, которые поглощают свет. Когда свет попадает на этот слой, он создает пары электронов и дырок. Этот процесс необходим для преобразования солнечной энергии в электрическую. Перовскитовый слой часто формируется с помощью простого растворного процесса, который является менее дорогостоящим по сравнению с другими методами.

Слой переноса дырок

После перовскитового слоя в дело вступает слой переноса дырок. Этот слой отводит положительные заряды от перовскита. Для этого используются такие материалы, как спиро-ОМЕТАД или другие органические соединения. Слой обеспечивает эффективное попадание положительных зарядов на металлический электрод. Этот процесс снижает потери и улучшает работу ячейки.

Металлический электрод

Последний слой - металлический электрод. Этот слой собирает заряды, прошедшие через все слои. Хорошими вариантами металлического электрода являются серебро или золото. Металлический электрод завершает электрическую цепь в солнечном элементе. Его роль очень важна для получения и сбора генерируемого электричества.

Как работает перовскитовый солнечный элемент?

Поглощение света

Рабочий процесс начинается с поглощения света. Когда солнце светит на слой перовскита, материал принимает свет. Кристаллы перовскита обладают высоким коэффициентом поглощения. Поглощенный свет создает пары электрон-дырка. Это первый шаг в преобразовании солнечной энергии в электричество.

Разделение заряда

После поглощения света происходит разделение зарядов. Слой переноса электронов отводит электроны от слоя перовскита. В то же время дырочный транспортный слой забирает положительные заряды. Такое разделение предотвращает слишком быструю рекомбинацию зарядов. Для каждого типа заряда создается четкий путь.

Сбор зарядов

Последний этап - сбор зарядов. Разделенные заряды попадают на металлический электрод и проводящий слой. Они образуют электрический ток. Этот ток можно использовать в практических целях. Каждый слой солнечного элемента работает в тандеме, чтобы достичь этого результата. Процесс прост, но эффективен.

Перовскит в сравнении с другими технологиями солнечных элементов

Кремниевые солнечные элементы

Кремниевые солнечные элементы были золотым стандартом на протяжении многих лет. Они хорошо работают и обеспечивают долгосрочную стабильность. Однако для производства кремниевых солнечных элементов требуется много энергии. Перовскитовые солнечные элементы потребляют меньше энергии при производстве. Они могут быть изготовлены более простыми методами. Это делает их привлекательной альтернативой.

Тонкопленочные солнечные элементы

Тонкопленочные солнечные элементы включают в себя такие материалы, как теллурид кадмия и селенид меди-индия-галлия. Эти элементы легкие и более гибкие, чем кремниевые. Перовскитовые солнечные элементы обладают некоторыми из этих преимуществ. Они также отличаются гибкостью конструкции и могут производиться на рулонных установках. В некоторых испытаниях перовскитовые солнечные элементы показали более высокую эффективность в течение короткого периода времени. Это привлекло внимание многих инженеров.

Органическая фотовольтаика

Органические фотовольтаические элементы используют материалы на основе углерода для преобразования света в электричество. Их преимущество в том, что они недорогие и гибкие. Однако они часто демонстрируют более низкую эффективность и меньший срок службы. Перовскитовые солнечные элементы представляют собой золотую середину. Они сочетают в себе простоту обработки, характерную для органических фотоэлектрических элементов, и более высокую эффективность. Это делает их пригодными для использования в различных условиях, включая фотоэлектрические системы, интегрированные в здания.

Заключение

Перовскиты и перовскитовые солнечные элементы изменили наше представление о солнечной энергии. Их простая структура и экономически эффективные процессы привлекают многих исследователей и промышленные группы. Хотя такие проблемы, как стабильность и долговечность, остаются, преимущества низкой стоимости производства и высокой эффективности являются многообещающими. Этот обзор показывает, что перовскитовые солнечные элементы занимают прочное место среди других технологий солнечных батарей. По мере продолжения исследований эти элементы могут стать обычным явлением в нашем энергетическом ландшафте.

Часто задаваемые вопросы

F: Стабильны ли перовскитовые солнечные элементы с течением времени?
В: Стабильность повышается. Многие лаборатории работают над созданием покрытий и инкапсуляций для защиты материала.

F: Что является основным компонентом перовскитового солнечного элемента?
В: Слой перовскита очень важен, так как он отвечает за поглощение света и создание заряда.

F: Чем перовскитовые солнечные элементы отличаются от кремниевых?
В: Они проще и дешевле в производстве, но кремниевые элементы по-прежнему лидируют по долгосрочной стабильности.