Mikä on kalkogenidiaurinkokenno?
Kalkogenidiaurinkokennot ovat aurinkokennoja, joissa käytetään valoa absorboivana materiaalina kalkogenidia, organometallihalogenidipuolijohdetta, ja ne kuuluvat aurinkokennojen kolmanteen sukupolveen, joka tunnetaan myös nimellä New Concept Solar Cells.
Tähän mennessä useimmat aurinkokennot on valmistettu piistä, koska tämä materiaali absorboi hyvin valoa. Piipaneelit ovat kuitenkin kalliita valmistaa.
Mikä on kalkogenidiaurinkokennon rakenne?
Tutkijat ovat työskennelleet kalkogenidirakenteen parissa, jotta siitä saataisiin vaihtoehto piille. Todellinen kalkogenidi, joka on maasta löytyvä mineraali, koostuu kalsium-, titaani- ja happimolekyyleistä, jotka on erityisesti järjestetty. Materiaaleja, joilla on sama kiderakenne, kutsutaan kalsiittirakenteiksi.
Verrattuna rakenteisiin, jotka on liitetty yhteenkulmaisesti tai tasomaisesti, kalsiittirakenne näyttää olevan vakaampi ja edistävän paremmin vikojen diffuusivaa siirtymistä. Tämän seurauksena kalkogenidillä on monia erinomaisia fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia, kuten sähkökatalyyttiset ominaisuudet ja valon absorptio.
Kalkogenidiaurinkokennojen edut.
Kalkogenidirakenteet soveltuvat erinomaisesti aurinkokennojen aktiiviseksi valonabsorptiokerrokseksi, koska ne absorboivat valoa tehokkaammin kuin pii ja edullisemmin. Kalkogenidirakenteiden integrointiin aurinkokennoihin tarvittavat laitteet ovat myös suhteellisen yksinkertaisia. Ne voidaan esimerkiksi liuottaa liuottimeen ja ruiskuttaa suoraan alustalle.
Kalkogenidiaurinkokennoilla on useita merkittäviä etuja GaAs- ja piipohjaisiin aurinkokennoihin verrattuna.
Ensinnäkin on kustannusetuja. Valoa absorboivina materiaaleina käytetään edullisia kalkogenidivalokennomateriaaleja, joiden valmistusprosessi on huomattavasti edullisempi kuin galliumarsenidin ja kiteisen piin.
Toiseksi, joustavuuden etu. Aurinkokennoissa käytettävät kalkogenidivalokennomateriaalit ovat yleensä olemassa ohuina, alle mikronin paksuisina kalvoina, jotka soveltuvat joustavien aurinkokennojen rakentamiseen, jotta taivutuskantajan pintatila voidaan hyödyntää täysimääräisesti.
Lisäksi suuri energian ja massan suhde on etu. Kalkogenidiaurinkokennot ovat uusi ohutkalvoaurinkokennojen luokka, joka on massaltaan kevyempi ja tuottaa enemmän energiaa massayksikköä kohti. Erityisesti joustavat kalkogenidiaurinkokennot ovat osoittaneet, että niiden energia/massa-suhde on erittäin korkea (> 20 W g-1), mitä ei voida saavuttaa muilla aurinkokennotyypeillä.
Lisäksi kalkogenidimateriaaleilla on hyvä säteilynkestävyyspotentiaali. On raportoitu, että kalkogenidipuolijohteet kestävät säteilyä paremmin kuin lasi 1535 tunnin yhtäjaksoisen 2,3 megaradin gammasäteilyn (γ) säteilyn jälkeen.
Näiden etujen perusteella kalkogenidiaurinkokennojen odotetaan kehittyvän uuden sukupolven avaruusvalosähköenergiateknologiaksi.
Kalkogenidiaurinkokennojen haitat.
Kalkogenidirakenteista koostuvat materiaalit lupaavat mullistaa aurinkokennolaitteet, mutta niillä on vakava haittapuoli: ne ovat yleensä hyvin epävakaita ja niiden suorituskyky heikkenee korkeissa lämpötiloissa. Tämä on vakava este niiden kaupalliselle käytölle.
Materiaali on myrkyllistä - kalkogenidiparistomateriaalit sisältävät lyijyä, mutta lyijy ei ole mitään verrattuna muiden paristotyyppien sisältämään arseeniin, galliumiin, telluuriin ja kadmiumiin. Northwesternin yliopisto on myös kehittänyt kalsiumtitaniittiaurinkokennon, jossa käytetään tinaa lyijyn sijasta, mutta tämän kennon muuntotehokkuus on edelleen vain 6 prosenttia, ja materiaali on hyvin epävakaa, ja se on tällä hetkellä tutkimuksen ja kehityksen alkuvaiheessa;
Materiaali on epävakaa - kalkogenidin lyijy on altis hapettumiselle ja jodin haihtumiselle, ja kiteet hajoavat herkästi altistuessaan kosteudelle. Jos käytämme kalsiumtitaniittiparistoa sähköntuotantoon, se todennäköisesti hajoaa ja vuotaa katolle tai maaperään;
Akun käyttöikä ei ole pitkä - tällä hetkellä pisimpään kestävä kalkogenidiaurinkokenno on 1000 tuntia, ja se on kehitetty yhteistyössä Huazhongin tiede- ja teknologiayliopiston ja Lausannen ammattikorkeakoulun kanssa. Sitä vastoin tavanomaiset kiteisen piin kennot kestävät tyypillisesti jopa 25 vuotta, mikä on paljon kauemmin kuin kalsium-titaanikennot.
