Nuolat tobulėjant fotovoltinėms technologijoms, chalkogenidiniai saulės elementai, kaip trečiosios kartos fotovoltinių technologijų atstovai, dėl savo unikalių privalumų ir didelio potencialo tapo mokslinių tyrimų ir pramonės dėmesio objektu. Neseniai Nankai universiteto Chemijos mokyklos prof. Yuano Mingjiano vadovaujama tyrimų grupė padarė didelį proveržį chalkogenidinių saulės elementų tyrimuose, kuris įkvėpė naujos gyvybės šios srities plėtrai.
Unikalūs chalkogenidinių saulės elementų privalumai
Chalkogenidai yra unikalios kristalinės struktūros medžiagų klasė, turinti platų pritaikymo spektrą naujuose saulės elementuose ir kituose puslaidininkiniuose įtaisuose. Chalkogenidiniai saulės elementai sulaukė tokio didelio dėmesio dėl šių reikšmingų privalumų:
1. Lankstumas ir suderinamumas:Chalkocito medžiaga pasižymi geru lankstumu, iš jos galima pagaminti lanksčias baterijas, todėl ją galima pritaikyti kai kuriuose specialiuose pritaikymo scenarijuose, pavyzdžiui, nešiojamuose įrenginiuose, lanksčiuose elektroniniuose gaminiuose ir kitose srityse, o tai labai išplečia fotovoltinių technologijų taikymo sritį.
2. Didelio ploto paruošimo potencialas:Palyginti su tradiciniais silicio pagrindu pagamintais saulės elementais, chalkogenidiniai saulės elementai turi akivaizdžių pranašumų didelio ploto paruošimo srityje, naudojant tirpalų apdorojimą ir kitus nebrangius paruošimo metodus, siekiant didelio ploto baterijų gamybos, o tai svarbu siekiant sumažinti fotovoltinės pramonės sąnaudas ir skatinti didelio masto fotovoltinių technologijų taikymą.
3. Didelis teorinis konversijos efektyvumas:Teoriškai chalkogenidiniai saulės elementai pasižymi dideliu fotovoltiniu konversijos efektyvumu, o jų teorinis ribinis efektyvumas yra panašus į tradicinių silicio pagrindu pagamintų saulės elementų. Nuolat gilėjant tyrimams, gerėja ir faktinis chalkogenidinių saulės elementų konversijos efektyvumas, rodantis didelį plėtros potencialą.
Chalkogenidinių saulės elementų iššūkis
Nepaisant daugelio chalkogenidinių saulės elementų privalumų, prieš pradedant juos plačiai taikyti komerciniais tikslais, vis dar susiduriama su keletu svarbių problemų, kurias reikia išspręsti, tarp kurių ypač išryškėja stabilumo problema:
1. Prastas stabilumas aukštoje temperatūroje:Kadangi chalkogenidinė medžiaga yra šviesą sugeriantis akumuliatoriaus sluoksnis, jos stabilumui didelę įtaką daro išoriniai aplinkos veiksniai. Ruošiant didelio našumo chalkogenidinius saulės elementus, dažnai reikia naudoti lakiųjų organinių aminų druskų priedus, kad būtų stabilizuota fizikinė fazė ir reguliuojamas kristalizavimasis. Tačiau šis priedas labai lengvai skyla aukštoje temperatūroje, todėl kalcito plėvelės cheminė sudėtis disbalansuojasi, o tai žymiai sumažina akumuliatoriaus stabilumą veikiant aukštoje temperatūroje, o tai tapo viena iš pagrindinių kliūčių, ribojančių jos plataus masto komercinį pritaikymą.
2. Nepakankamas ilgalaikis stabilumas:Be aukšto temperatūros stabilumo, chalkogenidiniai saulės elementai ilgalaikio naudojimo procese susiduria su medžiagų senėjimu, šviesos slopinimu ir kitais veiksniais, lemiančiais našumo pablogėjimą, o tai tam tikru mastu turi įtakos jų komercinio pritaikymo įgyvendinamumui ir patikimumui.
Naujausi tyrimų proveržiai ir pasiekimai
Siekdamas išspręsti chalkogenidinių saulės elementų prasto veikimo stabilumo problemą esant aukštai temperatūrai, Nankai universiteto Chemijos mokyklos profesorius Yuanas Mingjianas vadovavo tyrimų grupei, kuri atliko aukšto lygio tarptautinius bendradarbiavimo tyrimus ir pasiekė puikių rezultatų:
1. Naujos pasirengimo strategijos kūrimas:Mokslininkų komanda, remdamasi teorinėmis prognozėmis, sėkmingai sukūrė didesnio terminio stabilumo lydinio chalkogenido paruošimo strategiją. Ši strategija visiškai išsprendžia chalkogenidų plėvelių cezio metamido komponento nehomogeniškumo problemą ir iš esmės pagerina chalkogenidinių medžiagų stabilumą.
2. Didelio efektyvumo ir didelio stabilumo derinys:Pagal šią strategiją paruošti chalkogenidiniai saulės elementai pademonstravo pasaulinio lygio energijos konversijos efektyvumą ir stabilumą aukštoje temperatūroje. Šis pasiekimas ne tik sukuria tvirtą techninį pagrindą chalkogenidinių saulės elementų stabilumo gerinimui, bet ir atveria plačias perspektyvas tolesniam fotovoltinių technologijų praktiniam pritaikymui ir komercializavimui.
3. Rezultatų publikavimas ir reikšmė:Rugsėjo 30 d. vakare žurnalas „Nature“ paskelbė tyrimo rezultatus pavadinimu „Cezio amidino komponentas chalkogenidų saulės elementuose, pasižyminčiuose dideliu terminiu stabilumu“. Šis tyrimas yra labai svarbus skatinant žaliąją pasaulinės energetikos struktūros transformaciją ir žymi didelį proveržį naujos kartos fotovoltinių technologijų srityje.
Būsimos plėtros perspektyvos
Pasiekus šį tyrimo rezultatą, kalcito saulės elementų kūrimo perspektyvos tapo šviesesnės. Šiuo metu tyrimų komanda aktyviai skatina didelio našumo chalkogenidinių saulės elementų modulių tyrimus ir plėtrą, atsižvelgiant į industrializacijos poreikius, bendradarbiaujant mokykloms ir įmonėms, siekiant kuo greičiau skatinti praktinį tyrimų rezultatų pritaikymą ir industrializaciją.
1. Pagreitinta industrializacija:Šis proveržis labai paspartins chalkogenidinių saulės elementų industrializaciją, kuri, kaip tikimasi, per ateinančius kelerius metus pasieks didelio masto komercinę gamybą ir pritaikymą, ir suteiks pasaulinei energijos rinkai efektyvesnių, pigesnių švarios energijos sprendimų.
2. Taikymo išplėtimas:Nuolat gerinant saulės elementų našumą ir toliau mažinant chalkogenidinių saulės elementų kainą, jų taikymo sritys bus dar labiau išplėstos. Be tradicinių fotovoltinių elektrinių, paskirstytos energijos gamybos ir kitose srityse, svarbų vaidmenį atlieka ir pastatų integracija, mobilioji energetika, daiktų internetas ir kitos besiformuojančios sritys.
3. Skatinti energijos struktūros pokyčius:Kaip švari, atsinaujinančios energijos technologija, platus kalcito saulės elementų taikymas padės skatinti žaliąją pasaulinės energetikos struktūros transformaciją, sumažinti priklausomybę nuo tradicinės iškastinio kuro energijos, sumažinti anglies dioksido išmetimą ir teigiamai prisidėti prie kovos su pasauline klimato kaita.
Apibendrinant galima teigti, kad, kaip naujos kartos fotovoltinės technologijos atstovas, nors ir susiduria su tam tikrais iššūkiais, tačiau nuolatinės tyrėjų pastangos ir technologijų inovacijos atveria labai plačias plėtros perspektyvas. Manoma, kad artimiausiu metu chalkogenidų saulės elementai sužibės energetikos srityje ir suteiks tvirtą energijos paramą tvariam žmonių visuomenės vystymuisi.
