Halkogenidne sončne celice – preboji in obeti nove generacije fotovoltaične tehnologije

V teku nenehnega razvoja fotovoltaične tehnologije so halkogenidne sončne celice kot predstavnice tretje generacije fotovoltaične tehnologije postale središče pozornosti na področju znanstvenih raziskav in industrije zaradi svojih edinstvenih prednosti in velikega potenciala. Nedavno je raziskovalna skupina pod vodstvom prof. Yuana Mingjiana na Fakulteti za kemijo Univerze Nankai dosegla pomemben preboj v raziskavah halkogenidnih sončnih celic, kar je vneslo novo vitalnost v razvoj tega področja.

Edinstvene prednosti halkogenidnih sončnih celic
Halkogenidi so razred materialov z edinstveno kristalno strukturo, ki ima široko paleto uporabe v novih sončnih celicah in drugih polprevodniških napravah. Razlog, zakaj so halkogenidne sončne celice pritegnile toliko pozornosti, je predvsem zaradi naslednjih pomembnih prednosti:

1. Prilagodljivost in združljivost:Halkocitni material ima dobro prožnost in se lahko uporablja v prožnih baterijah, kar omogoča njegovo uporabo v nekaterih posebnih scenarijih, kot so nosljive naprave, prožni elektronski izdelki in druga področja, kar močno širi področje uporabe fotovoltaične tehnologije.
2. Potencial priprave na velikih površinah:V primerjavi s tradicionalnimi sončnimi celicami na osnovi silicija imajo halkogenidne sončne celice očitne prednosti pri pripravi na velikih površinah, z obdelavo raztopin in drugimi nizkocenovnimi metodami priprave, za doseganje proizvodnje baterij na velikih površinah, kar je pomembno za zmanjšanje stroškov fotovoltaične industrije in za spodbujanje obsežne uporabe fotovoltaične tehnologije.
3. Visoka teoretična učinkovitost pretvorbe:Teoretično gledano imajo halkogenidne sončne celice visoko učinkovitost fotovoltaične pretvorbe, njihova teoretična mejna učinkovitost pa je primerljiva z učinkovitostjo tradicionalnih silicijevih sončnih celic. Z nenehnim poglabljanjem raziskav se izboljšuje tudi dejanska učinkovitost pretvorbe halkogenidnih sončnih celic, kar kaže na velik potencial za razvoj.

Izziv halkogenidnih sončnih celic
Kljub številnim prednostim halkogenidnih sončnih celic pa se pred njihovo obsežno komercialno uporabo še vedno soočajo s številnimi ključnimi vprašanji, ki jih je treba rešiti, med katerimi je še posebej izrazit problem stabilnosti:

1. Slaba stabilnost pri visokih temperaturah:Ker je halkogenidni material svetlobno absorbirajoča plast baterije, na stabilnost bistveno vplivajo zunanji okoljski dejavniki. Pri pripravi visokozmogljivih halkogenidnih sončnih celic se je pogosto treba zanašati na dodatke hlapnih organskih aminskih soli za stabilizacijo fizikalne faze in regulacijo kristalizacije. Vendar pa se ta dodatek pri visokih temperaturah zelo enostavno razgradi, kar povzroči neravnovesje v kemični sestavi kalcitnega filma, kar znatno zmanjša stabilnost baterije pri delovanju pri visokih temperaturah, kar je postalo eno glavnih ozkih grl, ki omejujejo njeno obsežno komercialno uporabo.
2. Nezadostna dolgoročna stabilnost:Poleg visoke temperaturne stabilnosti se halkogenidne sončne celice pri dolgotrajni uporabi procesa soočajo tudi s staranjem materiala, slabljenjem svetlobe in drugimi dejavniki, ki vodijo do poslabšanja delovanja, kar do neke mere vpliva tudi na izvedljivost in zanesljivost njihove komercialne uporabe.

Najnovejši raziskovalni preboji in dosežki
Prof. Yuan Mingjian s Fakultete za kemijo Univerze Nankai je vodil raziskovalno skupino, ki je izvedla visokokakovostne mednarodne kooperativne raziskave in dosegla izjemne rezultate, s ciljem reševanja problema slabe operativne stabilnosti halkogenidnih sončnih celic v visokotemperaturnih obratovalnih pogojih:

1. Razvoj nove strategije priprave:Raziskovalna skupina je s pomočjo teoretičnih napovedi uspešno razvila strategijo priprave zlitine halkogenida z višjo toplotno stabilnostjo. Ta strategija v celoti rešuje problem nehomogenosti cezijeve metamidne komponente v halkogenidnih filmih in bistveno izboljša stabilnost halkogenidnih materialov.
2. Kombinacija visoke učinkovitosti in visoke stabilnosti:Halkogenidne sončne celice, pripravljene s to strategijo, so pokazale vrhunsko učinkovitost pretvorbe energije in stabilnost pri visokih temperaturah. Ta dosežek ne le postavlja trdne tehnične temelje za izboljšanje stabilnosti halkogenidnih sončnih celic, temveč odpira tudi široke možnosti za nadaljnjo praktično uporabo in komercializacijo fotovoltaične tehnologije.
3. Objava in pomen rezultatov:Revija Nature je 30. septembra zvečer objavila rezultate raziskave z naslovom »Cezijeva amidinska komponenta halkogenidnih sončnih celic z visoko toplotno stabilnostjo«. Ta raziskava ima daljnosežen pomen za spodbujanje zelene preobrazbe globalne energetske strukture in pomeni velik preboj v novi generaciji fotovoltaične tehnologije.

Prihodnje razvojne možnosti
Z dosego tega raziskovalnega rezultata so se možnosti za razvoj kalcitnih sončnih celic povečale. Trenutno raziskovalna skupina aktivno spodbuja raziskave in razvoj visokozmogljivih halkogenidnih sončnih celic v skladu s potrebami industrializacije prek sodelovanja med šolami in podjetji, da bi čim prej spodbudila praktično uporabo rezultatov raziskav in industrializacijo pristanka.

1. Pospešena industrializacija:Ta preboj bo močno pospešil industrializacijo halkogenidnih sončnih celic, za katere se pričakuje, da bodo v naslednjih nekaj letih dosegle obsežno komercialno proizvodnjo in uporabo, ter zagotovile učinkovitejše in cenovno ugodnejše rešitve za čisto energijo za svetovni energetski trg.
2. Razširitev uporabe:Z nenehnim izboljševanjem delovanja sončnih celic in nadaljnjim zniževanjem stroškov halkogenidnih sončnih celic se bodo njihova področja uporabe še razširila. Poleg tradicionalnih fotovoltaičnih elektrarn, porazdeljene proizvodnje električne energije in drugih področij imajo pomembno vlogo tudi pri integraciji stavb, mobilne energije, interneta stvari in drugih novih področij.
3. Spodbujanje spremembe energetske strukture:Kot čista, obnovljiva tehnologija energije bo široka uporaba kalcitnih sončnih celic pripomogla k spodbujanju zelene preobrazbe globalne energetske strukture, zmanjšanju odvisnosti od tradicionalne fosilne energije, zmanjšanju emisij ogljika in pozitivnemu prispevku k boju proti globalnim podnebnim spremembam.