Kalkogeniid-päikesepatareid – uue põlvkonna fotogalvaanika tehnoloogia läbimurded ja väljavaated

Fotogalvaanilise tehnoloogia pideva arengu käigus on kalkogeniidpäikesepatareid kui kolmanda põlvkonna fotogalvaanilise tehnoloogia esindajad oma ainulaadsete eeliste ja suure potentsiaali tõttu tõusnud teadusuuringute ja tööstuse tähelepanu keskpunkti. Hiljuti tegi Nankai ülikooli keemiateaduskonna professor Yuan Mingjiani juhitud uurimisrühm kalkogeniidpäikesepatareide uurimisel suure läbimurde, mis on süstinud selle valdkonna arengusse uut elujõudu.

Kalkogeniid-päikesepatareide ainulaadsed eelised
Kalkogeniidid on ainulaadse kristallstruktuuriga materjalide klass, millel on lai valik rakendusi uutes päikesepatareides ja muudes pooljuhtseadmetes. Põhjus, miks kalkogeniidpäikesepatareid on nii palju tähelepanu pälvinud, on peamiselt tingitud järgmistest olulistest eelistest:

1. Paindlikkus ja ühilduvus:Kalkotsiidi materjalil on hea painduvus ja seda saab valmistada painduvateks patareideks, mis võimaldab seda rakendada teatud spetsiaalsetes rakendusolukordades, näiteks kantavates seadmetes, paindlikes elektroonikaseadmetes ja muudes valdkondades, laiendades oluliselt fotogalvaanilise tehnoloogia rakendusala.
2. Suure pindalaga ettevalmistuspotentsiaal:Võrreldes traditsiooniliste ränipõhiste päikesepatareidega on kalkogeniidpäikesepatareidel ilmsed eelised suuremahuliste akude valmistamisel, kasutades lahenduste töötlemist ja muid odavaid valmistusmeetodeid, et saavutada suuremahuliste akude tootmine, mis on oluline fotogalvaanilise tööstuse kulude vähendamiseks ja fotogalvaanilise tehnoloogia laiaulatusliku rakendamise edendamiseks.
3. Kõrge teoreetiline konversioonitõhusus:Teoreetiliselt on kalkogeniidpäikesepatareidel kõrge fotogalvaaniline muundamise efektiivsus ja nende teoreetiline piirefektiivsus on võrreldav traditsiooniliste ränipõhiste päikesepatareide omaga. Uuringute pideva süvenemisega paraneb ka kalkogeniidpäikesepatareide tegelik muundamise efektiivsus, mis näitab suurt arengupotentsiaali.

Kalkogeniid-päikesepatareide väljakutse
Vaatamata kalkogeniid-päikesepatareide paljudele eelistele, kuid enne nende laiaulatuslikku kaubanduslikku rakendamist, seisab see silmitsi mitmete oluliste probleemidega, mis vajavad lahendamist, kusjuures stabiilsusprobleem on eriti silmatorkav:

1. Halb kõrge temperatuuri stabiilsus:Aku valgust neelava kihina mõjutavad kalkogeniidmaterjali stabiilsust oluliselt välised keskkonnategurid. Suure jõudlusega kalkogeniidpäikesepatareide valmistamisel on füüsikalise faasi stabiliseerimiseks ja kristallisatsiooni reguleerimiseks sageli vaja tugineda lenduvatele orgaanilistele amiinsooladele. See lisand laguneb aga kõrgetel temperatuuridel väga kergesti, mis vallandab kaltsiitkile keemilise koostise tasakaalustamatuse, mis vähendab oluliselt aku stabiilsust kõrgel temperatuuril töötamisel, millest on saanud üks peamisi kitsaskohti, mis piirab selle laiaulatuslikku kaubanduslikku rakendamist.
2. Ebapiisav pikaajaline stabiilsus:Lisaks kõrge temperatuuri stabiilsusele seisavad kalkogeniid-päikesepatareid pikaajalisel kasutamisel silmitsi ka materjali vananemise, valguse nõrgenemise ja muude jõudluse halvenemist põhjustavate teguritega, mis teatud määral mõjutavad ka nende kommertsrakenduste teostatavust ja usaldusväärsust.

Uusimad uurimistöö läbimurded ja saavutused
Nankai ülikooli keemiakooli professor Yuan Mingjian juhtis uurimisrühma, et viia läbi kõrgetasemelist rahvusvahelist koostööd ja saavutada märkimisväärseid tulemusi, püüdes lahendada kalkogeniidpäikesepatareide kehva tööstabiilsuse probleemi kõrgetel temperatuuridel.

1. Uue ettevalmistusstrateegia väljatöötamine:Uurimisrühm ühendas oma teadmised teoreetiliste prognoosidega ning töötas edukalt välja strateegia suurema termilise stabiilsusega kalkogeniidi sulami valmistamiseks. See strateegia lahendab täielikult kalkogeniidkilede tseesiummetamiidi komponendi mittehomogeensuse probleemi ja parandab oluliselt kalkogeniidmaterjalide stabiilsust.
2. Kõrge efektiivsuse ja kõrge stabiilsuse kombinatsioon:Selle strateegia abil valmistatud kalkogeniidpäikesepatareid on näidanud maailmatasemel energia muundamise efektiivsust ja kõrge temperatuuri stabiilsust. See saavutus mitte ainult ei loo kindlat tehnilist alust kalkogeniidpäikesepatareide stabiilsuse parandamiseks, vaid avab ka laiaulatuslikud väljavaated fotogalvaanilise tehnoloogia edasiseks praktiliseks rakendamiseks ja turustamiseks.
3. Tulemuste avaldamine ja olulisus:30. septembri õhtul avaldas ajakiri Nature uurimistulemused pealkirjaga „Tseesiumamidiini komponent kalkogeniidpäikesepatareides, millel on kõrge termiline stabiilsus“. See uuring on kaugeleulatuva tähtsusega globaalse energiastruktuuri rohelisele ümberkujundamisele ja tähistab suurt läbimurret uue põlvkonna fotogalvaanilise tehnoloogia valdkonnas.

Tulevased arenguväljavaated
Selle uurimistulemuse saavutamisega on kaltsiidist päikesepatareide arendamise väljavaated muutunud helgemaks. Praegu edendab uurimisrühm aktiivselt kõrgjõudlusega kalkogeniidpäikesepatareide moodulite uurimis- ja arendustegevust vastavalt industrialiseerimise vajadustele koolide ja ettevõtete koostöö kaudu, et edendada uurimistulemuste võimalikult kiiret praktilist rakendamist ja maandumise industrialiseerimist.

1. Kiirendatud industrialiseerimine:See läbimurre kiirendab oluliselt kalkogeniid-päikesepatareide industrialiseerimist, mille puhul eeldatakse, et see saavutab järgmise paari aasta jooksul laiaulatusliku kaubandusliku tootmise ja rakendamise ning pakub ülemaailmsele energiaturule tõhusamaid ja odavamaid puhta energia lahendusi.
2. Rakenduse laiendamine:Päikesepatareide jõudluse pideva täiustamise ja kalkogeniidpäikesepatareide maksumuse edasise vähendamisega laienevad nende rakendusalad veelgi. Lisaks traditsioonilistele fotogalvaanilistele elektrijaamadele mängivad olulist rolli hajutatud energiatootmine ja muud valdkonnad, aga ka hoonete integreerimine, mobiilne energia, asjade internet ja muud uued valdkonnad.
3. Edendada energiastruktuuri muutust:Puhta ja taastuvenergia tehnoloogiana aitab kaltsiidist päikesepatareide laialdane kasutamine edendada globaalse energiastruktuuri rohelist ümberkujundamist, vähendada sõltuvust traditsioonilisest fossiilkütustest, vähendada süsinikdioksiidi heitkoguseid ja anda positiivse panuse võitlusesse globaalsete kliimamuutuste vastu.