Thể loại: Bài viết nổi bật » Tin tức điện tử thú vị
Số lượt xem: 24277
Bình luận về bài viết: 1
Tấm pin mặt trời Perovskite
Một chất được các nhà khoa học biết đến hơn một trăm năm, chỉ ngày nay, vào đầu thế kỷ XXI, hóa ra nó là nguyên liệu rất hứa hẹn để sản xuất pin mặt trời giá rẻ và hiệu quả. Perovskite, hay canxi titanate, lần đầu tiên được tìm thấy dưới dạng khoáng chất bởi nhà địa chất người Đức, Christopher Rosa ở vùng núi Ural vào năm 1839, và được đặt theo tên của Bá tước Lev Alekseevich Perovsky, một nhà chính trị và nhà sưu tập khoáng sản vinh quang, người anh hùng của Chiến tranh Yêu nước năm 1812, trở thành phù hợp nhất. vai trò của chất thay thế silicon trong sản xuất pin mặt trời.
Là một chất, cho đến gần đây, canxi titanate chỉ được sử dụng rộng rãi như một chất điện môi cho các tụ gốm nhiều lớp. Và bây giờ họ đang cố gắng áp dụng nó để chế tạo các tấm pin mặt trời hiệu quả cao, vì hóa ra vật liệu này hấp thụ hoàn hảo ánh sáng.
Thông thường, truyền thống lâu đời tấm pin mặt trời silicon ở độ dày 180 micron, chúng hấp thụ nhiều ánh sáng vì perovskite sẽ hấp thụ ở độ dày chỉ 1 micron. Perovskite, giống như silicon, là một chất bán dẫn, và nó truyền điện tích theo cách tương tự dưới tác động của ánh sáng, nhưng phổ ánh sáng chuyển thành điện cho perovskite rộng hơn so với silicon.
Cấu trúc của chất kết tinh của canxi titanate giống hệt với cấu trúc của khoáng vật perovskite, do đó tên của chúng là giống nhau. Và chính chất này ngày nay là một trong những vị trí hàng đầu trong bảng xếp hạng các con đường tối ưu hóa năng lượng mặt trời.
Vấn đề là các tấm pin mặt trời dựa trên silicon có giá trung bình 75 cent mỗi 1 kW ngày nay và các tấm pin mặt trời dựa trên perovskite sẽ giảm chi phí của chúng xuống còn 10 - 15 cent mỗi 1 kW, nghĩa là, công nghệ năng lượng mặt trời perovskite trong 5-7 rẻ hơn so với silicon cả trong sản xuất pin và hoạt động của chúng, và lượng điện được sản xuất là như nhau.
Và điều này mặc dù thực tế là các nhà phân tích ngành năng lượng tuyên bố rằng với chi phí 50 xu mỗi 1 kW, năng lượng mặt trời trở nên cạnh tranh với nhiên liệu hóa thạch. Đó là, việc chuyển đổi sang perovskite trên quy mô toàn cầu sẽ giúp giảm chi phí sản xuất điện đôi khi, trong khi quy trình sản xuất các tấm pin sẽ rất đơn giản.
Các nghiên cứu để đánh giá và cải thiện hiệu quả của pin mặt trời dựa trên perovskite đang được tiến hành ở nhiều quốc gia: Martin Green ở Úc, Michael Gretzel ở Thụy Sĩ, Henry Saint, Felix Deshler, Leaming Dye ở Hoa Kỳ và Sok Sang Il ở Hàn Quốc. Các nhà nghiên cứu nhất trí tuyên bố chi phí thấp và hiệu quả cao của công nghệ đầy hứa hẹn.
Michael Gretzel lập luận rằng hiệu quả đạt được của anh ta trong 15% có thể dễ dàng tăng lên 25% và pin mặt trời rẻ tiền từ hiện có sẵn không đạt 15%. Lần đầu tiên, vào năm 2009, khi họ chỉ nói về khả năng sử dụng perovskite cho năng lượng mặt trời, hiệu suất 3,5% đã đạt được, và các nguyên tố tồn tại trong thời gian ngắn, vì chất điện phân lỏng đã hòa tan perovskite và ngay khi các nhà khoa học có thời gian đo, pin đã ngừng hoạt động.
Tuy nhiên, sau ba năm, chất điện phân lỏng đã được thay thế bằng chất rắn và các tế bào trở nên ổn định hơn, và hiệu quả đầu tiên tăng gấp đôi, và sau đó tăng gấp đôi. Một số lớp chất nền dẫn điện, một trong số đó được phủ một sắc tố, đã giải quyết vấn đề và mở ra triển vọng. Các bước để cải thiện hiệu quả không dừng lại cho đến ngày nay, các nhà khoa học sử dụng, trong số những thứ khác, phương pháp tối ưu hóa tiêu chuẩn phục vụ để cải thiện tiền chất silicon.
Michael Gretzel chắc chắn hiệu suất 25% sẽ dẫn đến một cuộc cách mạng về năng lượng mặt trời.Một giáo sư từ Úc, Martin Green, một trong những người tiên phong trong nghiên cứu, tuyên bố rằng pin không có silicon rất đơn giản để sản xuất và hoạt động hiệu quả đến mức chắc chắn rằng tương lai của các tấm pin mặt trời trên Perovskite rất sáng sủa, bởi vì ước tính sơ bộ đã dự đoán mức giảm giá rất lớn - ở mức 7 lần
Một nhóm các nhà nghiên cứu đến từ Hàn Quốc, dẫn đầu bởi Sok Sang Il, đã phát triển công thức của riêng họ bằng cách trộn chì ammonium bromide với chì formamidine iodide, và các nhà khoa học đã đạt được cấu trúc perovskite đến mức họ đạt hiệu suất kỷ lục 17,9%. Sử dụng hỗn hợp sẽ cho phép in pin mặt trời và chi phí của chúng sẽ giảm hơn nữa. Vấn đề vẫn còn - vật liệu hòa tan trong nước, ngoài ra, kích thước của các tế bào trong các thử nghiệm không vượt quá 10 mm vuông, vì vậy nghiên cứu tiếp tục.
Quá trình sản xuất pin mặt trời perovskite dường như khá đơn giản. Chất lỏng chỉ đơn giản được phun lên bề mặt hoặc được áp dụng dưới dạng hơi nước, rất đơn giản để thực hiện về mặt công nghệ. Một số lớp vật liệu được áp dụng cho lá kim loại hoặc thủy tinh, một trong số đó là perovskite.
Các vật liệu khác là cần thiết ở đây để tạo điều kiện cho sự di chuyển của các điện tử trong nguyên tố. Quá trình sản xuất gần với lý tưởng. Nhà vật lý học của Đại học Oxford, Henry Saint, người nghiên cứu phát triển các tế bào perovskite ở Hoa Kỳ, tự tin rằng các lớp của tấm pin mặt trời sẽ được áp dụng dễ dàng như với một lớp sơn thông thường trên bề mặt.
Mặc dù triển vọng mới nổi, các nhà khoa học được chia thành hai phe. Người trước đây ủng hộ việc cải tiến pin silicon đã trở thành truyền thống, trong khi những người khác ủng hộ việc tạo ra những loại hoàn toàn mới, hiệu quả hơn. Vì vậy, Martin Green tin rằng perovskite có thể được sử dụng như một sự bổ sung cho pin silicon bằng cách kết hợp silicon với perovskite, và do đó giảm chi phí một watt điện được sản xuất mà không gây tổn thất đáng kể cho ngành công nghiệp silicon. Ngược lại, Michael Gretzel tin chắc rằng những phát triển mới là quan trọng và chi phí tăng hiệu quả của các bản sao mới sẽ được đền đáp nhiều lần.
Nhiều công ty đang nghiên cứu triển khai sản phẩm thương mại, bởi vì mặc dù thực tế là các khả năng của perovskite mới bắt đầu được nhận ra, các chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực năng lượng mặt trời đã hướng sự chú ý đến tương lai. Các công ty Úc và Thổ Nhĩ Kỳ cùng nhau tích cực tiếp cận thương mại hóa các tấm pin mặt trời perovskite, và theo dự báo, vào năm 2018, chúng sẽ được trình bày trên thị trường thế giới.
Bất chấp sự lạc quan của một số công ty, kinh nghiệm cho thấy rằng thường phải mất mười năm để một công nghệ mới đi từ phòng thí nghiệm ra thị trường, và trong thời gian này, pin silicon có thể vượt qua cả perovskite. Gretzel, nhân tiện, đang bán giấy phép cho công nghệ mới cho các công ty có ý định làm theo cách truyền thống của silicon.
Cạnh tranh trong thị trường năng lượng mặt trời cũng rất cao, và mọi người chơi mới đều phải đối mặt với nó. Chi phí của các tấm silicon được giảm xuống, và theo một số nhà phân tích, nó có thể giảm xuống còn 25 xu mỗi 1 kW, điều này làm mất hoàn toàn lợi ích của công nghệ perovskite.
Sự hiện diện của một lượng nhỏ chì trong sắc tố, độc hại, vẫn còn là một vấn đề. Các nghiên cứu thử nghiệm sắp được đưa ra sẽ tiết lộ mức độ độc hại của perovskite. Điều đáng quan tâm là việc xử lý pin đã sử dụng, như trường hợp với pin xe hơi khởi động. Nhưng về nguyên tắc, thiếc hoặc một cái gì đó tương tự có thể được sử dụng thay vì chì.
Trong khi đó, các nhà nghiên cứu từ Ohio, dẫn đầu bởi Leaming Dai, đã thiết lập về việc ô tô điện bằng cách sử dụng các tấm pin mặt trời perovskite. Họ đã phát triển sự kết hợp có lợi nhất của các tấm pin mặt trời với pin xe điện hơn bao giờ hết.
Bằng cách kết nối bốn pin perovskite với pin lithium, các nhà khoa học đã đạt được hiệu suất 7,8% trong cấu hình hiệu quả nhất cho đến nay, vượt qua các giải pháp trước đây để kết hợp pin mặt trời với siêu tụ điện và pin.
Các tấm đa lớp đã tăng mật độ và sự ổn định của năng lượng nhận được từ mặt trời. Các thử nghiệm đã chỉ ra rằng ba lớp perovskite được biến đổi, nếu muốn, thành một bộ phim. Với diện tích một ô không quá 10 mm vuông, các nhà nghiên cứu đã đạt được hiệu quả 12,65% của một công cụ chuyển đổi cỡ đồng xu, nhưng có tính đến việc chuyển đổi và lưu trữ năng lượng, hiệu suất là 7,8% ở chế độ tuần hoàn.
Các hệ thống như vậy, theo các nhà phát triển, trong tương lai sẽ không chỉ sạc điện cho ô tô mà còn được lắp đặt dưới dạng một bộ phim linh hoạt trên cơ thể. Công nghệ có vẻ lý tưởng cho xe điện.
Đáng chú ý là khả năng tái sinh của perovskite. Một nhà khoa học tại Đại học Cambridge, Felix Deschler, đã phát hiện ra rằng perovskite có một tài sản độc đáo. Khi ánh sáng đi vào vật liệu, năng lượng photon không chỉ chuyển đổi thành điện năng, một phần điện tích được chuyển đổi trở lại thành photon.
Nếu bảng điều khiển có thể tái sử dụng các photon này, thì năng lượng thu được sẽ còn lớn hơn nữa. Nhóm của Deshler đã tiến hành một thí nghiệm trong đó chùm tia laser tập trung vào phần perovskite dày 0,5 micron và ánh sáng được phát lại ở nơi khác trong mẫu. Silicon, chẳng hạn, không có khả năng truyền năng lượng trong chính nó và một lần nữa phát ra nó.
Do đó, triển vọng của perovskite là rất lớn, và ai biết được, có lẽ sẽ đến lúc mọi nhà và mọi chiếc xe sẽ được trang bị pin perovskite, vì nó sẽ trở nên không có lợi về mặt kinh tế và không gây ô nhiễm môi trường với các sản phẩm đốt nhiên liệu hóa thạch.
Xem thêm tại electro-vi.tomathouse.com
: