Celule solare cu calcogenură – Descoperiri și perspective ale noii generații de tehnologie fotovoltaică

În cursul evoluției continue a tehnologiei fotovoltaice, celulele solare calcogenice, ca reprezentante ale celei de-a treia generații de tehnologie fotovoltaică, au devenit în centrul atenției în domeniul cercetării științifice și al industriei datorită avantajelor lor unice și potențialului ridicat. Recent, grupul de cercetare condus de prof. Yuan Mingjian din cadrul Școlii de Chimie a Universității Nankai a făcut un progres major în cercetarea celulelor solare calcogenice, ceea ce a injectat o nouă vitalitate în dezvoltarea acestui domeniu.

Avantajele unice ale celulelor solare cu calcogenură
Calcogenura este o clasă de materiale cu o structură cristalină unică, care are o gamă largă de aplicații în noile celule solare și alte dispozitive semiconductoare. Motivul pentru care celulele solare cu calcogenură au atras atât de multă atenție se datorează în principal următoarelor avantaje semnificative:

1. Flexibilitate și compatibilitate:Materialul calcocit are o flexibilitate bună, putând fi transformat în baterii flexibile, ceea ce oferă posibilitatea aplicării sale în anumite scenarii speciale de aplicare, cum ar fi dispozitivele purtabile, produsele electronice flexibile și alte domenii, extinzând considerabil domeniul de aplicare al tehnologiei fotovoltaice.
2. Potențial de pregătire pe suprafețe mari:Comparativ cu celulele solare tradiționale pe bază de siliciu, celulele solare cu calcogenură au avantaje evidente în prepararea pe suprafețe mari, prin procesarea în soluție și alte metode de preparare cu costuri reduse, pentru a realiza producția de baterii pe suprafețe mari, ceea ce este important pentru reducerea costurilor industriei fotovoltaice și pentru a promova aplicarea la scară largă a tehnologiei fotovoltaice.
3. Eficiență teoretică ridicată a conversiei:Teoretic vorbind, celulele solare calcogenice au o eficiență ridicată a conversiei fotovoltaice, iar eficiența lor teoretică limită este comparabilă cu cea a celulelor solare tradiționale pe bază de siliciu. Odată cu aprofundarea continuă a cercetărilor, eficiența reală a conversiei celulelor solare calcogenice se îmbunătățește și ea, demonstrând un mare potențial de dezvoltare.

Provocarea celulelor solare cu calcogenură
În ciuda numeroaselor avantaje ale celulelor solare cu calcogenură, dar înainte de aplicarea lor comercială la scară largă, acestea se confruntă încă cu o serie de probleme cheie care trebuie rezolvate, în care problema stabilității este deosebit de proeminentă:

1. Stabilitate slabă la temperaturi ridicate:Fiind stratul de absorbție a luminii al bateriei, stabilitatea materialului calcogenic este afectată semnificativ de factorii de mediu externi. În prepararea celulelor solare calcogenice de înaltă performanță, este adesea necesar să se utilizeze aditivi de sare de amină organică volatilă pentru a stabiliza faza fizică și a regla cristalizarea. Cu toate acestea, acest aditiv se descompune foarte ușor la temperaturi ridicate, declanșând un dezechilibru în compoziția chimică a peliculei de calcit, ceea ce reduce semnificativ stabilitatea bateriei în funcționarea la temperaturi ridicate, devenind unul dintre principalele blocaje care limitează aplicarea sa comercială la scară largă.
2. Stabilitate pe termen lung insuficientă:Pe lângă stabilitatea la temperaturi ridicate, celulele solare calcogenice se confruntă, în utilizarea pe termen lung a procesului, și cu îmbătrânirea materialului, atenuarea luminii și alți factori care duc la degradarea performanței, ceea ce afectează, de asemenea, într-o anumită măsură fezabilitatea și fiabilitatea aplicațiilor lor comerciale.

Cele mai recente descoperiri și realizări în cercetare
Vizând problema stabilității operaționale slabe a celulelor solare calcogenice în condiții de funcționare la temperaturi ridicate, prof. Yuan Mingjian de la Școala de Chimie a Universității Nankai, a condus grupul de cercetare pentru a desfășura cercetări cooperative internaționale de nivel înalt și a obținut rezultate remarcabile:

1. Dezvoltarea unei noi strategii de pregătire:Echipa de cercetare a combinat predicțiile teoretice și a dezvoltat cu succes o strategie de preparare a aliajelor de calcogenură cu o stabilitate termică mai mare. Această strategie rezolvă complet problema neomogenității componentei metamidice de cesiu a peliculelor de calcogenură și îmbunătățește fundamental stabilitatea materialelor calcogenice.
2. Combinație de eficiență ridicată și stabilitate ridicată:Dispozitivele cu celule solare calcogenice preparate prin această strategie au demonstrat o eficiență de conversie a energiei de clasă mondială și stabilitate la temperaturi ridicate. Această realizare nu numai că pune o bază tehnică solidă pentru îmbunătățirea stabilității celulelor solare calcogenice, dar deschide și o perspectivă largă pentru practicarea și comercializarea în continuare a tehnologiei fotovoltaice.
3. Publicarea și semnificația rezultatelor:În seara zilei de 30 septembrie, revista Nature a publicat rezultatele cercetării sub titlul „Componentă de cesiu amidină a celulelor solare calcogenice cu stabilitate termică ridicată”. Această cercetare are o importanță majoră pentru promovarea transformării ecologice a structurii energetice globale și marchează un progres major în noua generație de tehnologie fotovoltaică.

Perspective de dezvoltare viitoare
Odată cu obținerea acestui rezultat al cercetării, perspectiva dezvoltării celulelor solare pe bază de calcit a devenit mai luminoasă. În prezent, echipa de cercetare promovează activ cercetarea și dezvoltarea de module de celule solare pe bază de calcogenură de înaltă performanță, în conformitate cu nevoile industrializării, prin cooperarea dintre școli și întreprinderi, în efortul de a promova aplicarea practică a rezultatelor cercetării cât mai curând posibil și industrializarea terenului.

1. Industrializare accelerată:Această descoperire va accelera considerabil industrializarea celulelor solare pe bază de calcogenură, despre care se așteaptă să atingă o producție și o aplicare comercială la scară largă în următorii ani și să ofere soluții de energie curată mai eficiente și cu costuri reduse pentru piața energetică globală.
2. Extinderea aplicației:Odată cu îmbunătățirea continuă a performanței celulelor solare și reducerea suplimentară a costului celulelor solare calcogenice, domeniile lor de aplicare vor fi extinse în continuare. Pe lângă centralele fotovoltaice tradiționale, generarea distribuită de energie și alte domenii, dar și în integrarea clădirilor, energia mobilă, Internetul Lucrurilor și alte domenii emergente joacă un rol important.
3. Promovarea schimbării structurii energetice:Ca tehnologie de energie curată și regenerabilă, aplicarea pe scară largă a celulelor solare pe bază de calcit va contribui la promovarea transformării ecologice a structurii energetice globale, la reducerea dependenței de energia fosilă tradițională, la reducerea emisiilor de carbon și la aducerea unei contribuții pozitive la lupta împotriva schimbărilor climatice globale.