Лабораторный завод по производству перовскитных солнечных элементов: революция в исследованиях и производстве солнечной энергии
Солнечные элементы на основе перовскита (ПСЭ) относятся к числу наиболее перспективных инноваций в области возобновляемой энергетики. Благодаря потенциалу высокой эффективности, низкой стоимости и гибкости производства солнечные элементы на основе перовскита быстро привлекают внимание как фотоэлектрическая технология следующего поколения. Создание лабораторной линии по производству перовскитных солнечных элементов необходимо как для исследований, так и для коммерческого производства, чтобы усовершенствовать технологию и расширить производство.
В этой статье мы обсудим, что такое перовскитные солнечные элементы, ключевые процессы, задействованные в оборудовании для исследования солнечных элементов, и насколько такие объекты имеют решающее значение для развития этой передовой технологии.
âЧто такое перовскитные солнечные элементы?
Перовскитные солнечные элементы представляют собой тип тонкопленочных солнечных элементов, в которых в качестве светособирающего активного слоя используется соединение со структурой перовскита. Наиболее часто используемым материалом в PSC является гибридный органо-неорганический перовскит галогенида свинца, но продолжаются исследования по разработке альтернативных материалов для улучшения характеристик и снижения экологических проблем, особенно связанных с содержанием свинца.
Преимущества перовскитных солнечных элементов:
1.Высокая эффективность: солнечные элементы на основе перовскита продемонстрировали быстрое улучшение эффективности преобразования энергии (PCE), при этом в последние годы эффективность элементов лабораторного масштаба достигла более 25%.
2. Низкая себестоимость производства: PSC могут быть изготовлены с использованием относительно недорогих материалов и процессов, что делает их экономически эффективной альтернативой традиционным солнечным элементам на основе кремния.
3.Универсальность: перовскитные материалы можно наносить на гибкие подложки, что позволяет создавать легкие и гибкие солнечные панели.
4. Настраиваемая запрещенная зона: запрещенную зону перовскитных материалов можно регулировать, изменяя их состав, что делает их пригодными для тандемных солнечных элементов и других специализированных применений.
âКлючевые компоненты лабораторной установки по производству перовскитных солнечных элементов
Лаборатория солнечных элементов на основе аперовскита специализируется на исследованиях, разработках и мелкосерийном производстве солнечных элементов на основе перовскита. Установка включает в себя специализированное оборудование для синтеза материалов, нанесения тонких пленок, сборки ячеек и тестирования. Вот разбивка ключевых компонентов и этапов:
1.Синтез и подготовка материалов
Процесс начинается с синтеза и подготовки материалов, составляющих слой перовскита, включая соединения на основе свинца, органические молекулы и галогениды. Исследовательские лаборатории часто экспериментируют с различными составами, чтобы улучшить стабильность и эффективность солнечных элементов.
-Методы синтеза: Материалы для перовскитных солнечных элементов могут быть синтезированы с помощью обработки раствора, термического испарения или методов осаждения из паровой фазы.
-Очистка: Очистка сырья необходима для получения высококачественных пленок с минимальными дефектами, что имеет решающее значение для создания высокоэффективных солнечных элементов.
2. Подготовка подложки
Подложки, используемые в перовскитных солнечных элементах, могут варьироваться в зависимости от желаемых характеристик. Обычные подложки включают стекло, пластик и металлическую фольгу, часто покрытые прозрачными проводящими оксидами (TCO), такими как оксид индия и олова (ITO) или оксид олова, легированный фтором (FTO).
Подготовка субстрата включает:
-Очистка: Подложки очищаются от загрязнений, которые могут помешать нанесению пленки.
-Покрытие: в некоторых случаях подложки покрывают дополнительными слоями (например, слоями транспорта дырок) для оптимизации производительности элементов.
3. Нанесение тонких пленок
Основой производства перовскитных солнечных элементов является осаждение тонких пленок, составляющих активные слои элемента. Эти слои обычно включают в себя:
-Слой переноса электронов (ETL): облегчает перемещение электронов из слоя перовскита к электроду.
-Поглощающий слой перовскита: светопоглощающий слой, который преобразует солнечный свет в электрическую энергию.
-Дырочный транспортный слой (HTL): улучшает извлечение положительных зарядов (дырок) и переносит их к электроду.
Методы нанесения пленки включают:
-Покрытие центрифугированием: широко используемый метод в лабораторном производстве, при котором раствор наносится на подложку и вращается на высоких скоростях с образованием однородной тонкой пленки.
-Doctor Blade Coating: масштабируемая технология нанесения, подходящая для подложек большего размера.
-Вакуумное осаждение: метод, который включает в себя испарение материалов в вакуумной камере и нанесение их в виде тонких пленок на подложку.
-Покрытие слот-матрицы: используется для непрерывного осаждения при рулонном производстве.
Каждый из этих методов имеет свои преимущества в зависимости от масштаба и целей лабораторной установки.
4. Отжиг и кристаллизация
После нанесения слоя перовскита он подвергается отжигу — процессу нагрева, который улучшает кристаллизацию материала. Правильная кристаллизация необходима для достижения высокой эффективности и стабильности перовскитных солнечных элементов.
-Контроль температуры: необходимо тщательно контролировать температуру и продолжительность отжига, чтобы избежать повреждения пленки и одновременно обеспечить оптимальное образование кристаллов.
5. Нанесение электродов
Следующим шагом является нанесение верхнего электрода, который обычно изготавливается из золота, серебра или других проводящих материалов. На этом этапе создается солнечный элемент, обеспечивая электрические контакты, необходимые для сбора и передачи электричества, генерируемого слоем перовскита.
-Вакуумное напыление и термическое испарение являются широко используемыми методами нанесения металлических электродов в лабораторных условиях.
6.Инкапсуляция
Солнечные элементы из перовскита чувствительны к влаге и кислороду, что может быстро ухудшить их характеристики. Таким образом, инкапсуляция является решающим шагом для защиты клеток от воздействия окружающей среды.
-Материалы для инкапсуляции: стекло, прозрачные полимеры и барьерные пленки используются для инкапсуляции клеток и предотвращения деградации.
-Технологии: такие методы, как ламинирование или герметизация, используются для обеспечения герметичной герметизации и долгосрочной стабильности.
7.Тестирование и характеристика
После изготовления солнечных элементов они подвергаются строгим испытаниям и характеристикам для оценки их производительности и долговечности. Сюда входит:
-Измерение эффективности преобразования энергии (PCE): определяет, насколько эффективно элемент преобразует солнечный свет в электричество.
-Тестирование стабильности: оценивается, насколько хорошо элемент работает в условиях жары, влажности и длительного воздействия света.
-Спектральный отклик: анализирует способность клетки поглощать свет различной длины, что важно для оптимизации запрещенной зоны перовскитного материала.
-Термическое испытание: оценивается, как изменения температуры влияют на производительность и долговечность элементов.
âАвтоматизация и масштабирование на лабораторной установке по производству перовскитных солнечных элементов
В то время как лабораторные предприятия в основном занимаются исследованиями и разработками, автоматизация некоторых аспектов процесса может повысить производительность и обеспечить мелкосерийное производство. Автоматизированные системы осаждения, печи для отжига и испытательное оборудование могут помочь исследователям оптимизировать процессы и проложить путь к будущему промышленному производству.
Задачи масштабирования:
-Воспроизводимость: Достижение стабильных, высококачественных результатов при масштабировании от лабораторного масштаба до массового производства остается ключевой проблемой для перовскитных солнечных элементов.
-Долгосрочная стабильность: решение проблем деградации, связанных с воздействием окружающей среды, имеет решающее значение для широкомасштабного внедрения.
-Альтернативы, не содержащие свинца: Разработка бессвинцовых перовскитных материалов является постоянной областью исследований, направленных на смягчение экологических проблем и соответствие нормативным требованиям.
âЗаключение
Лабораторный завод по производству солнечных элементов на Теперовските играет важную роль в расширении границ технологий солнечной энергии. Предлагая инфраструктуру для исследований, разработки материалов и мелкосерийного производства, эти предприятия способствуют быстрому повышению эффективности и стабильности перовскитных солнечных элементов.
Благодаря оптимизации методов осаждения тонких пленок, подготовки подложек и передовых методов тестирования лабораторные предприятия помогают совершенствовать процессы, необходимые для увеличения масштабов производства перовскитных солнечных элементов для широкого коммерческого использования. По мере развития технологии эти лабораторные установки будут играть решающую роль в преодолении разрыва между исследованиями и крупномасштабным производством, что в конечном итоге будет способствовать более устойчивому будущему, основанному на чистой и эффективной солнечной энергии.
