21.7 y cant ! Mae dull newydd yn ail-lunio proses gwneuthuriad celloedd solar perovskite

Defnyddiodd yr ymchwilwyr argraffu cotio, dyddodiad gwactod a thechnolegau eraill i wireddu paratoi modiwlau ffotofoltäig tandem holl-perovskite ardal fawr am y tro cyntaf yn y byd, gan agor ffordd newydd o gynhyrchu màs a masnacheiddio celloedd tandem perovskite ardal fawr. . llwybr. Wedi'i ardystio gan sefydliad profi trydydd parti awdurdodol rhyngwladol, mae effeithlonrwydd trosi ffotodrydanol sefydlog y modiwl hwn mor uchel â 21.7 y cant, sef effeithlonrwydd uchaf y byd o fodiwlau ffotofoltäig perovskite hysbys.

Gall celloedd solar drosi ynni'r haul yn drydan yn uniongyrchol, sy'n ffordd bwysig o gael ynni glân.

Mae cost cynhyrchu pŵer ffotofoltäig yn dibynnu ar effeithlonrwydd trosi ffotodrydanol celloedd solar. Mae astudiaethau wedi dangos, am bob cynnydd o 1 y cant mewn effeithlonrwydd trosi, y gellir lleihau cost cynhyrchu pŵer 7 y cant, ond mae effeithlonrwydd trosi ffotodrydanol celloedd solar silicon crisialog yn dod ar draws tagfeydd datblygu ar hyn o bryd. Bydd yr allwedd i fynediad i'r Rhyngrwyd hefyd yn darparu cefnogaeth wyddonol a thechnolegol bwysig ar gyfer gwireddu'r nod "carbon deuol".

Yn ddiweddar, defnyddiodd grŵp ymchwil yr Athro Tan Hairen o Ysgol Peirianneg Fodern a Gwyddorau Cymhwysol Prifysgol Nanjing ac ysgolheigion o Brifysgol Rhydychen yn y Deyrnas Unedig argraffu cotio, dyddodiad gwactod a thechnolegau eraill i wireddu paratoi ardal fawr i gyd. -perovskite pentyrru modiwlau ffotofoltäig am y tro cyntaf yn y byd. Llwybr newydd ar gyfer cynhyrchu màs a masnacheiddio celloedd tandem perovskite ardal fawr.

Wedi'i ardystio gan sefydliad profi trydydd parti awdurdodol rhyngwladol, mae effeithlonrwydd trosi ffotodrydanol sefydlog y modiwl hwn mor uchel â 21.7 y cant, sef effeithlonrwydd uchaf y byd o fodiwlau ffotofoltäig perovskite hysbys. Cynhwyswyd y cyflawniad hwn yn y rhifyn diweddaraf o "Solar Battery World Records", a chyhoeddwyd y canlyniadau perthnasol yn ddiweddar yn y cyfnodolyn academaidd awdurdodol rhyngwladol "Science".

Cost cynhyrchu is a mwy o arbed ynni

Mae datblygu cynhyrchu pŵer ffotofoltäig solar glân, cost isel yn ffordd bwysig ac yn warant technegol i gyrraedd uchafbwynt carbon a niwtraliaeth carbon. Yn chwarter cyntaf 2022, roedd cynhyrchu pŵer ffotofoltäig fy ngwlad yn 84.1 biliwn kWh, cynnydd o flwyddyn i flwyddyn o 22.2 y cant.

"Fodd bynnag, gyda datblygiad technoleg, mae celloedd solar cyffordd sengl silicon crisialog traddodiadol hefyd wedi dod ar draws dwy dagfa ddatblygu. Yn gyntaf, mae'r gallu cynhyrchu diwydiannol presennol wedi agosáu at derfyn effeithlonrwydd trosi ffotodrydanol celloedd solar cyffordd sengl silicon crisialog; yn ail, y Cost Ynni uchel a defnydd uchel o ynni, mae angen tymheredd uchel o fwy na 1000 gradd ar gyfer y broses o fireinio tywod cwarts yn silicon diwydiannol a gwneud silicon monocrystalline, tra bod angen tua 100 gradd wrth baratoi celloedd solar perovskite." Fel awdur cyfatebol yr astudiaeth hon, dywedodd Tan Hairen yn blwmp ac yn blaen bod celloedd solar perovskite gyda chostau cynhyrchu is a mwy o arbed ynni yn cael eu hystyried yn gyfleoedd newydd ar gyfer datblygiad y diwydiant ffotofoltäig yn y blynyddoedd diwethaf, ac optimeiddio strwythurol ac arloesi technolegol tandem perovskite. bydd celloedd yn cyflymu'r diwydiant ffotofoltäig i gyflawni lleihau costau synergaidd.

Yn flaenorol, cynigiodd grŵp ymchwil Tan Hairen strwythur twnelu newydd, a dorrodd trwy broblem paratoi staciau holl-perovskite, datblygodd ddull newydd i wella goddefiad diffygion ar wyneb grawn perovskite, a chreodd y trosiad ffotodrydanol o bob-perovskite. pentyrrau. Mae effeithlonrwydd record y byd o 26.4 y cant wedi rhagori ar yr effeithlonrwydd ardystiedig uchaf o gelloedd perovskite un cyffordd am y tro cyntaf yn y byd. Mae'r canlyniadau perthnasol wedi'u cyhoeddi mewn cyfnodolion academaidd awdurdodol rhyngwladol fel Nature.

"Er bod celloedd perovskite ardal fach yn y labordy wedi cyflawni effeithlonrwydd trosi uchel, mae masnacheiddio blociau celloedd ffotofoltäig perovskite ardal fawr yn dal i wynebu llawer o heriau." Ni wadodd Tan Hairen, er bod ymchwil flaenorol wedi cynhyrchu 1 Mae'r batri tandem perovskite effeithlonrwydd uchel tua centimetrau sgwâr, ond y dull paratoi màs-gynhyrchu a sefydlogrwydd hirdymor y strwythur rhyng-gysylltu yn y bloc batri yw'r tagfeydd allweddol i gwireddu diwydiannu.

Mae technolegau lluosog yn caniatáu i'r deunydd ffurfio ffilm unffurf

Er mwyn cyflawni cynhyrchiad màs, yn gyntaf mae angen datrys y broblem o baratoi ffilmiau perovskite ardal fawr ac unffurf.

"Mae perovskite bandgap eang yn cynnwys cydrannau bromid uchel, mae ei hydoddedd yn isel, mae'r gofod dethol toddyddion yn fach, nid yw'r rheolaeth grisialu yn hawdd, ac mae'n anodd cael ffilmiau o ansawdd uchel, unffurf a thrwchus. Ymchwil rhyngwladol ar ei gynhyrchiad màs technoleg paratoi Bron yn wag." Nododd Tan Hairen.

Mewn ymateb i'r heriau uchod, cynigiodd y tîm ymchwil gynllun paratoi batri tandem holl-perovskite wedi'i fasgynhyrchu am y tro cyntaf. Fe wnaethant ddefnyddio argraffu cotio, dyddodiad gwactod a thechnolegau paratoi eraill i ddisodli'r broses ffurfio ffilm cotio sbin a ddefnyddir yn gyffredin yn y labordy, a pharatowyd batri tandem 20 centimetr sgwâr i gyd-perovskite.

"Yn flaenorol, fe wnaethom ddefnyddio proses cotio sbin, hynny yw, cymhwyso'r datrysiad perovskite ar y swbstrad gwydr yn gyntaf, ac yna defnyddio'r peiriant i yrru'r swbstrad gwydr cyfan yn gyflym i gylchdroi, a defnyddio grym allgyrchol i ddosbarthu'r ateb ar y swbstrad i ffurfio ffilm denau, ond bydd y dull hwn Yn ogystal, mae'r peiriant cotio sbin yn cylchdroi yn gyflym iawn, felly mae'n anodd gyrru swbstrad gwydr ardal fawr i gylchdroi, sy'n penderfynu nad yw'n addas ar gyfer cynhyrchu màs celloedd solar perovskite. " meddai Tan Hairen.

Er mwyn caniatáu i'r datrysiad perovskite ffurfio ffilm unffurf dros ardal fawr, defnyddiodd y tîm ymchwil broses gorchuddio llafn meddyg yn gyntaf. Esboniodd Tan Hairen eu bod yn gollwng yr ateb ar y gwydr dargludol tryloyw, ac yna ei grafu ymlaen gyda llafn, a oedd yn ffurfio ffilm wlyb unffurf ar wyneb y gwydr. Yn y modd hwn, cwblhawyd yr haen trafnidiaeth twll, calsiwm Brwsio'r haen titaniwm, ac yna paratoi'r haen trafnidiaeth electron a'r strwythur twnelu trwy ddyddodiad gwactod i amddiffyn yr haen gyntaf o perovskite, yna cotio'r haen trafnidiaeth twll a'r ail haen o perovskite , a gwactod-anweddu yr haen trafnidiaeth electron Ar ôl a electrodau metel, mae ffrâm bloc celloedd solar perovskite "allan o'r popty" ​​fel blociau adeiladu.

Nid yw'n ddigon adeiladu "tŷ", mae'n rhaid iddo hefyd fod yn gymesur ac yn gryf. Dywedodd Tan Hairen, pan baratowyd y bloc batri tandem perovskite i ddechrau, roedd y ffilm yn dal i fod yn anwastad oherwydd amser crisialu hir yr ateb. "Yn ddiweddarach, roeddwn i'n meddwl, pe gallai fod fel papur argraffu, byddai'r inc yn sychu'n syth ar ôl ei argraffu, a allai wella'r ffilm. Mae'n bosibl y byddai hynny'n gwella ansawdd a chynhyrchiant".

Gan anelu at yr anhawster o reoli crisialu perovskite bandgap eang yn y broses cotio, ar ôl sawl ymgais, cynyddodd y tîm gynnwys caesiwm cation A-site yn y gydran perovskite i 35 y cant, a'i gyfuno â'r dull cotio llafn o crisialu gyda chymorth aer i gyflymu'r datrysiad Ar ôl anweddoli, cafwyd ffilm perovskite bandgap llydan a thrwchus o'r diwedd gyda'r crisialu gorau, a osododd y sylfaen ar gyfer cynhyrchu màs cydrannau wedi'u pentyrru i gyd-perovskite.

Pam mae caesiwm yn dod yn "Fab y Nefoedd" i wneud batris wedi'u ffurfio'n gyflym ac yn sefydlog? Cyflwynodd Tan Hairen: "Mae cesiwm yn ïon anorganig ac nid yw'n hawdd anweddol. Bydd yn gwella sefydlogrwydd thermol y ddyfais, yn lleihau straen dellt, yn gwella ffotosefydlogrwydd y ddyfais, yn lleihau'r rhwystr crisialu, ac yn cyflymu cyfradd chnewyllol y ddyfais. dyfais."

Osgoi gwahanol ddeunyddiau "niweidio" ei gilydd

"Yn ddamcaniaethol, dim ond 33 y cant ar yr uchaf yw effeithlonrwydd trosi ffotodrydanol y gell solar perovskite un-haen gyfredol, tra gall y strwythur haen dwbl gyrraedd hyd at 45 y cant. Po uchaf yw'r effeithlonrwydd cynhyrchu pŵer, yr isaf yw'r gost." Ymchwil manwl hirdymor, Gadewch i Tan Hairen ddarganfod, er mwyn cyflawni'r naid o "un i ddau" yn strwythur mewnol celloedd perovskite, rhaid inni hefyd ystyried sut i "gydfodoli'n gytûn" rhwng deunyddiau dyfais.

"Mewn modiwl ffotofoltäig tandem perovskite, mae strwythur rhyng-gysylltu cymhleth yn rhanbarth cysylltiad pob dwy is-gell. Oherwydd y cyswllt uniongyrchol rhwng yr haen amsugno golau perovskite a'r electrod metel cefn yn y rhanbarth rhyng-gysylltiad, mae'r ïonau halogen yn y perovskite, bydd rhyng-drylediad â'r metel yn yr electrod yn achosi i'r deunydd metel gael ei gyrydu a bydd eiddo trydanol y deunydd perovskite yn dirywio, a fydd yn effeithio ar effeithlonrwydd trosi ffotodrydanol y bloc batri." Dywedodd Tan Hairen, er mwyn goresgyn y broblem hon, defnyddiodd y tîm yr haen amsugno golau perovskite a'r metel cefn. Rhwng yr electrodau, paratowyd haen o haen cludo electron tun deuocsid trwy ddyddodiad haen atomig.

"Mae tun deuocsid yn ddeunydd lled-ddargludyddion y gellir ei dyfu mewn amgylchedd tymheredd isel ac mae ganddo ddargludedd trydanol da. Nid yw'n effeithio ar y cyswllt ohmig rhwng yr electrod metel yn yr ardal rhyng-gysylltu a'r electrod ocsid dargludol tryloyw ar yr wyneb blaen. Ar y blaen. yr un pryd, yr haen trafnidiaeth electron tun deuocsid Gellir ei adneuo'n gyson yn y rhanbarthau rhyng-gysylltiedig rhwng is-gelloedd, gan rwystro'r cyswllt uniongyrchol rhwng perovskite a metel Fel haen trafnidiaeth electron yn rhanbarth gweithredol y gell, mae hefyd yn atal yr ocsidiad "perovskite bandgap cul yn yr awyr, sylweddoli atmosfferig Paratoi, profi a phecynnu cydgysylltiadau o dan yr amodau gweithredu." Eglurodd Tan Hairen.

Mae'r dyluniad strwythur modiwl arloesol hwn yn gwella'n sylweddol ailadroddadwyedd gwneuthuriad, perfformiad ffotofoltäig a sefydlogrwydd y modiwl. Fel y pennir gan Labordy Diogelwch Trydanol a Thechnoleg Amgylcheddol Japan, effeithlonrwydd trosi ffotodrydanol y bloc celloedd solar tandem holl-perovskite hwn yw 21.7 y cant, sef yr effeithlonrwydd uchaf a adroddwyd yn y byd ar gyfer modiwlau ffotofoltäig perovskite. "Tabl record byd batri solar" wedi'i gynnwys.

Roedd y potensial a ddangoswyd gan fodiwlau ffotofoltäig tandem perovskite ardal fawr wedi ysbrydoli'r tîm i gael mwy o ysbryd ymladd. Dywedodd Tan Hairen, os ydym am hyrwyddo diwydiannu'r dechnoleg hon, rhaid inni wneud mwy o ymchwil a datblygu yn y broses o argraffu a pharatoi perovskite. Mae'n gymharol syml paratoi 20 centimetr sgwâr o inc, ond os caiff ei ehangu i 1 metr sgwâr, pa amodau technegol y mae angen eu harloesi, mae angen gwirio parhaus arno o hyd.