كيفية تتبع الخلايا الشمسية بيروفسكايت السريعة للتسويق

متى الشركة المصنعة للطاقة الشمسية البريطانيةشحنت Oxford PV أول ترتيب تجاري للخلايا الشمسية Perovskite-Silicon في سبتمبر الماضي ، تم وصفه بأنه أ اختراق في صناعة. تميزت الأخبار بمثابة معلم في جهد عالمي مدته 15 عامًا لتطوير هذه المواد الخفيفة المتنوعة التي يمكن أن تتفوق على الخلايا الشمسية السيليكون التقليدية. لكن عدم وجود شحنات متابعة .منذ ذلك الحين يخدمد ك تذكير tقبعة هذا teعلم البيت لم يكن‘ر جاهز جدا للقداس التسويق.

ال المشكلة الرئيسية: جontinued تأخير في الحصول على Perovskites إلى سوق الطاقة الشمسية جعلهم أقل تكلفة–تنافسية مع تأسيسهاالسلف: الخلايا الشمسية السيليكون في الوقت الذي استغرق الأمر القطاع للانتقال من الورقة الأولى على الخلايا الشمسية القائمة على بيروفسكايت في عام 2009 إلى أول شحنة تجارية في عام 2024 ، تكلفة التصنيع الخلايا الشمسية السيليكونانخفض من 2.11 دولار أمريكي لكل واط إلى منخفض يصل إلى 0.20 دولار لكل واط. كانت هذه الأسعار مدفوعة تحت إلى حد كبير من قبلزيادة الإنتاج في جميع أنحاء جنوب شرق آسيا.

الآن ، التعريفات الأمريكية الضخمة على الواردات الشمسية السيليكون من هذه البلدان يمكن أن تعطي شركات تصنيع بيروفسكايت أ ميزة تنافسية. ال نحن وزارة التجارة في 21 أبريل أعلن ديسي النهائيسيون ليفيالتعريفات ارتفاع مثل زيادة 3400 في المئة على الطاقة الشمسية الشركات في ماليزيا ، كمبوديا ، تايلاند وفيتنام. القرار هو نتيجة أ على المدى الطويل مضاد والتعاون المضاد تحقيق التي وجدت ذلك الشركات في الصينحاول ل الالتفاف سابق الرسوم عن طريق نقل التصنيع إلى هذه البلدان الأربعة.أناوأكدت من قبل وكالة أمريكية أخرى في يونيو ، الرسوم كاناضف إليهآخر ش.s. استيراد TAxes بالفعل في مكانه على مكونات الطاقة الشمسية من منطقة.

لكن ال antidumبينغ تعريفةق اِتَّشَح‘ر تنطبق على الخلايا الكهروضوئية الرقيقة مثل Perovskites.هذا استطاع كن نعمة ل أولئك مطورو الطاقة الشمسية، بور هم’يكرر سوف تضطر إلى التحرك بسرعة. كلما طال الوقت للحصول على بيروvskites للتسويق ، كلما زاد يمكن أن يتغير المناظر الطبيعية. ومع ذلك ، يستمر بعض الباحثين في هذا المجال في التركيز على كسر سجلات كفاءة التحول في الطاقة ، مع وصول بعض أنواع الخلايا البيروفسكيت 27 في المئة. قد تؤدي هذه الإنجازات إلى أوراق في غازات عاليةر مجلةLS ، بيوت هل ليttle للحصول على perovskites من الباب.

يقول العديد من الباحثين إنه حان الوقت للتوقف عن الهدف من مكاسب الكفاءة الإضافية والتركيز بدلاً من ذلك على توسيع نطاق التصنيع وتحسين عمر الخلايا. قد ينطوي ذلك على تطوير تقنيات التصنيع التي تحقق توازنًا بين الأجهزة عالية الجودة وتكاليف الإنتاج المنخفضة.

هذا متعود كن سهلاً. إن خفض تكاليف المعالجة مع زيادة عمر الخلية والحفاظ على كفاءة عالية بشكل معقول سيتطلب الكثير من البحث والجهد. ولكن إذا يتحد الباحثون الأكاديميون والصناعيون ، يمكن حل هذا التحدي التصنيعي بشكل أسرع مما قد يظن المرء.

تتكون الخلايا الشمسية Perovskite من الأيونات العضوية والمعادن والهالوجين التي تشكل بنية بلورية خاصة تجعلها متعددة الاستخدامات. مع التكوين الصحيح ، يمكن أن يكون Perovskites أفضل من السيليكون في تحويل أشعة الشمس إلى الكهرباء: لديهم حد كفاءة نظرية قدره 34 في المائة ، مقارنة بـ 32 في المائة من السيليكون. يمكنهم تحقيق ذلك بطبقة أرق من المواد ، مما يسمح باستخدامهم بطرق مبتكرة مثل الخلايا الشمسية المرنة ، والألواح الشمسية المنحنية ، والخلايا الكهروضوئية الداخلية ، والنوافذ الشمسية.

يقول Perovskite Developer Tandem PV إن طبقات Perovskite التي تنتج مع عمليات قائمة على الحل لا يجب أن يتم في ظروف خاملة تمامًا. ترادف PV

يمكن أيضًا تكديس Perovskites على رأس السيليكون الكهروضوئية لتحسين الأداء. تقف كفاءة السجل الحالية للخلايا الشمسية الترادفية بيروفسكايت سليكون 34.6 في المئة، تحسن مثير للإعجاب بنسبة 7 في المئة مقارنة بأفضل خلايا السيليكون.

لكن تصنيع بيروفسكايت عالية الجودة بتكلفة منخفضة أثبت تحديا. يمكن أن يؤدي التعرض للهواء والرطوبة أثناء المعالجة إلى إعاقة الأداء الأولي ويؤدي إلى تدهور مع مرور الوقت. وقد أجبر هذا الباحثين على تجميعهم في بيئات خاضعة للرقابة للغاية.

ضمن هذه البيئات التي تسيطر عليها ، هناك طريقتان لجعل الخلايا الشمسية البيروفسكايت. الطريق الأكثر تكلفة –ترسب البخار– يتبخر أو تبخر مواد بيروفسكايت في ظل ظروف الفراغ ثم إيداعها كفيلم رفيع. هذا يجعل أفلامًا عالية الجودة للغاية مع بعض العيوب والكفاءة الموثوقة. لكن تكاليف الإعداد لهذه الطريقة مرتفعة ، والصيانة الصارمة والتحكم البيئي العالي مطلوب.

تتضمن الطريقة الأكثر بساطة وأرخص إيداع طبقات Perovskite باستخدام طباعة الحبر أو طلاء الرش. في هذه الأساليب القائمة على الحل ، يتم إذابة مواد Perovskite في محلول السلائف أو “الحبر” ، ويتم تطبيقها مباشرة على السطح أو الركيزة المطلوبة. مكنت بساطة هذه التقنية الباحثين من تحسين البيروفسكيت بسرعة على مدار العقد الماضي. ومع ذلك ، فإن هذه التقنيات تتيح مساحة كبيرة للتلوث والعيوب.

مع أي من المسارين ، لإنتاج الخلايا الأعلى أداء ، يحدث التصنيع عادة في بيئة محكومة مثل صندوق القفازات المختبرية. هذه الجهاز يضخ الأكسجين والرطوبة ، ويحل محله بغاز غير تفاعلي مثل النيتروجين. ومع ذلك ، فإن زيادة مقدار التحكم البيئي يمكن أن يؤدي إلى زيادة التكاليف.

يمكن لبعض صناديق القفازات أن تنخفض مستويات الأكسجين والرطوبة الداخلية إلى أقل من جزء واحد لكل مليون (جزء في المليون). ولكن تثبيت و الحفاظ هذه الأنظمة باهظة الثمن. يتطلب هذا المستوى من التحكم البيئي حلقة معقدة من المرشحات وأنظمة منفاخ لاستخراج الهواء الملوث ، وتنقيته ، ثم إعادة تدويره في النظام. تتطلب هذه المرشحات وأنظمة التحكم صيانة منتظمة واستبدالها ، والتي يرفع تكاليف الصيانة. يمكن أن تكلف أجهزة استشعار PPM وحدها آلاف الدولارات.

سوف تكاليف الصيانة هذه دائما مع حجم. كلما زادت البيئة ، زادت الهواء الذي يحتاج إلى ترشيحه ، وكلما كان الأمر أكثر صعوبة يحافظ على السيطرة البيئية صارمة. هذا يستلزم المزيد من المعجبين أقوى ، مرشحات أكبر ، وإذا تعرضت هذه الأنظمة أَجواء، سيكلف المزيد من الوقت والمال لجعلهم يعملون مرة أخرى.

طرق تصنيع بيروفسكايت المبتكرة

دفعت هذه التحديات مطوري الطاقة الشمسية إلى تجربة طرق التصنيع المختلفة لأجهزة Perovskite ، وخاصة على نطاق أوسع. على سبيل المثال، لفة السلطة في دورهام ، إنجلترا ، التي تقوم بتطوير وحدات شمسية مرنة ، يأخذ حاليا النهج القائم على الحل مع تقييم الأساليب الأخرى في وقت واحد. يقول: “إننا نتعاون باستمرار مع الشركاء الصناعيين والأكاديميين للبقاء في طليعة تقنيات التصنيع. وهذا يضمن لنا أن نحافظ على خيارات مفتوحة لكل من عمليات الفراغ والحلول”. ناثان هيل، كبار عالم في السلطة لفة.

أكسفورد PV ، ومقرها في أكسفورد ، إنجلترا ، لم يفعلتم الكشف عنها كيف قامت بتصنيع وحدات Perovskite-Silicon الترادفية في شحنتها التجارية الأولى. في 2018 مقابلةألمح هنري سنيث ، مؤسس شركة أكسفورد ، إلى أن شركته قد تأخذ طريق البخار عندما قال إن “خلايا مدعومة من البخار [would] تقدم بسرعة أكبر من الخلايا المعالجة بالحل. “

تودع تقنية طلاء الدوران طبقات بيروفسكايت باستخدام القوة المركزية لنشر المواد بالتساوي عبر الركيزة. إن أداء هذه العملية داخل صندوق قفاز ، حيث يتم التحكم في الأكسجين والرطوبة ، يساعد على تحسين الأداء. أوسيلا

معالجة خاملة تماما – في منخفض جدا جزء في المليون –لا مثالي للإنتاج على نطاق واسع ، يقول العديد من الشركات المصنعة. لذا إنهم يستكشفون أساليب مبتكرة لتبسيط التصنيع. “بينما نقر بأن المعالجة في ظل الظروف الخاملة قد تكون مفيدة للإنتاج على نطاق المختبر ، فإننا وشركائنا نجد أن التحكم في درجة الحرارة والرطوبة هما العوامل الرئيسية لإدارة الحبوب البيروفسكايت نمووو لقد حققت نتائج واعدة تعمل خارج البيئات الخاملةو“ يقول هيل في قوة لفافة. مبتكر بيروفسكايت آخر ، ترادف PV في سان خوسيه ، كاليفورنيا ، تقوم بمعالجة طبقات بيروفسكايت من حلول خارج الظروف الخاملة ، وفقًا لمتحدث باسم الشركة.

مع استمرار الشركات المصنعة في التجربة ، يجب على الباحثين إعادة تقييم أهدافهم للخلايا الشمسية Perovskite أيضًا. عادة ، كلما كانت البيئة أكثر فاعلية ، كلما زادت أداء الخلية الشمسية. ولكن مدى أداء هذه الخلايا عالية الأداء – وكيف تعمل هذه البيئات – حقًا يجب أن يكون؟ هل هناك أرضية منتصف حيث يتم التحكم في البيئات جزئيًا ، وما زالت البيروفسكيت الناتجة عالية الجودة؟

أنا وزملائي فيأوسيلا يملك مُبَرهن أن بيروفسكيتس المختلط ثلاثي الأزرق ، والتي هي قوية نسبيا، يمكن صنعها بشكل موثوق في أ صندوق القفازات الذي – التي يحافظ فقط 15 جزء في المليون رطوبة و 0.5 في المئة مستويات الأكسجين (5000 جزء في المليون). حققت هذه الخلايا الشمسية كفاءة مماثلة لتلك التي صنعت في صناديق القفازات الراقية (19.2 في المائة مقارنة بـ 19.7 في المائة على التوالي). الأجهزة التي تقترب من 19 في المائة هي في مجال التنافس مع تكنولوجيا الطاقة الشمسية السيليكون (التي تحقيق إلى حد كبير 13-23 في المئة الكفاءة ، اعتمادا على نوع الخلايا الشمسية). نظرًا لأن Perovskites يستخدم بشكل أفضل في المواقف التي لا يمكن استخدام السيليكون ، أو بالتزامن مع أجهزة السيليكون ، نعتقد أن هذه نتيجة رائعة.

لقد وجدنا أيضًا أنه عندما تتم معالجة نفس Perovskites (الهاليدات المختلطة الكاتيونية الثلاثية) في الهواء المحيط مع نهج قائم على الحل ، لا تزال الأجهزة تعمل بشكل جيد. أفضل النتائج ، التي بلغت 17.6 في المئة ، يشير هناك أمل في خلايا شمسية بيروفسكايت التي تم تجهيزها في الهواء.

التعريفات على Silicon Solar يمكن أن تجعل Perovskites أكثر تنافسية

يجرب العديد من الباحثين الأكاديميين أيضًا إنشاء خلايا شمسية بيروفسكايت خارج بيئات صندوق القفازات. دراسة حديثةفي طبيعة الاتصالات وصفت حلول لفة من بيروفسكايت المعالجة من الحلول بالكامل في الهواء المحيط. (تتضمن معالجة لفة إلى رول تصنيع عالي السرعة يمكن أن تقوم بإيداع حلول مستمرة على مواد مرنة على لفائف الحركة. إنه مثل طباعة الصحف ، ولكن للخلايا الشمسية.)

أظهر الباحثون في وكالة العلوم الوطنية في أستراليا ، Cisro ، العام الماضي أول خلية شمسية بيروفسكايت المصنعة بالكامل في ظل ظروف الغرفة المحيطة. CSIRO

تصل الأجهزة الناتجة إلى كفاءة 15.5 في المائة للخلايا الفردية و 11 في المائة للوحدات النمطية المصغرة. ماذا أكثر من ذلك ، أن تكاليف الإنتاج المقدرة منخفضة تصل إلى 0.70 دولار لكل واط ولا يزال لديها مساحة إضافية لتخفيض التكاليف.

لنقل الحقل إلى تسويق كامل ، إنه من الأهمية بمكان وضع المزيد من التركيز على أساليب المعالجة القابلة للتطوير بدلاً من مطاردة الكفاءة العالية من أي وقت مضى. يجب على الأوساط الأكاديمية والصناعة مواءمة أهدافها المتمثلة في زيادة الاستقرار وقابلية التوسع.

تسويق الخلايا الشمسية البيروفسكايت في متناول اليد. و هيمكن لظروف التجارة الدولية التي يمكن أن تمنح Perovskite الخلية الشمسيةقميزة تنافسية. ولكن لتحقيق هذا ، إنه مهم للغاية ل تعريف أي خطوات غير ضرورية تشارك في صنعها. مع الإنتاج القابل للتكيف على مستوى العالمو والتصنيع المرن OppسrtunitأناES، يمكن أن توفر أجهزة Perovskite طريقًا واعدًا ل التصنيع في جميع أنحاء العالم ، تعزيز ال إجمالي العرض العالمي الخلايا الكهروضوئية.