Перовскиты и микроканавки могут произвести революцию в солнечной энергетике

Амбициозные цели в области производства солнечной энергии создают проблемы для отрасли, стремящейся исследовать новые возможности для производства солнечной энергии. Нил Спанн, исполнительный директор британского производителя тонкопленочных солнечных батарей Power Roll, описывает коммерческое решение проблемы чрезмерного использования кремниевых солнечных модулей.

Поскольку солнечная энергия становится все более значительной частью энергетического баланса, возникает проблема с доминированием кремния в производстве панелей. На кремний приходится 95% 14 ГВт генерирующих мощностей солнечных модулей, установленных в Великобритании. Этот солнечный парк обеспечивает всего 4% потребности Великобритании в энергии. Энергетическая стратегия правительства на 2022 год предусматривает пятикратное увеличение солнечной мощности, до 70 ГВт, к 2035 году. Однако использование кремниевых солнечных батарей для получения дополнительных 56 ГВт сопряжено со значительными этическими, экономическими последствиями и последствиями для безопасности, и эта перспектива стимулирует исследования в области альтернативы, и здесь на помощь приходят перовскиты.

Перовскиты и микроканавки могут произвести революцию в солнечной энергетике
Тонкая солнечная пленка Power Roll с перовскитом и микроканавками в производстве.

Производство кремниевых панелей дорого и сложно, и, поскольку в Великобритании нет значительных мощностей по производству кремниевых солнечных батарей, мы будем продолжать полагаться на импорт. Как недавно стало известно миру, географическая концентрация глобальных цепочек поставок создает проблемы энергетической безопасности и логистики. Производство солнечных панелей имеет высокий углеродный след, а средний период окупаемости кремниевой солнечной панели — период времени, в течение которого панель должна вырабатывать электроэнергию, прежде чем она компенсирует выбросы углерода, связанные с ее производством, — составляет от 300 до 350 дней.

Кроме того, жесткость и объем кремниевых солнечных панелей обычно ограничивают их применение наземными солнечными фермами и установкой на несущих крышах. Например, для производства одного гигаватт солнечной энергии требуется около 2,5 миллионов панелей. Чтобы достичь 70 ГВт, необходимых к 2035 году, потребуется массовый захват земель. Неудивительно, что Международное энергетическое агентство призывает к диверсификации производства фотоэлектрических солнечных батарей.

Являются ли перовскиты ответом?

Уже давно существует интерес к потенциальному использованию перовскитов для производства солнечной энергии благодаря сверхпроводящим и электронным свойствам, наблюдаемым в кристалле, который в изобилии содержится в мантии Земли. Тот факт, что доступные по дешевке перовскиты обладают замечательными свойствами поглощать фотоны света, создавать поток электронов и генерировать электричество, делает этот материал идеальным кандидатом на замену кремния в солнечной генерации.

При таком большом интересе к перовскитам предприимчивые производители ищут инновационные способы включения их в производство фотоэлектрических элементов, и моя компания Power Roll не является исключением. Мы запатентовали метод нанесения перовскитов на гибкую и легкую подложку: полиэтилентерефталат (ПЭТ) — лист промышленного термопласта. На ПЭТ-подложке выдавлены крошечные V-образные каналы или «микроканавки» шириной не более одного-двух микрон.

Рулон к рулону

Микроканавки чрезвычайно точно печатаются на термостабилизированном ПЭТ с использованием процесса с рулона на рулон. Они образуют проводящие пути, предназначенные для оптимизации потока электронов и «настройки» электрической мощности солнечного модуля. Стенки микроканавок покрыты металлами в качестве электродов, за которыми следует оксидный слой, который действует как слой переноса электронов (ETL) и слой переноса дырок (HTL). Перовскитные чернила впечатываются в канавки над слоями ETL/HTL, чтобы получить ультратонкий гибкий солнечный элемент или «солнечную пленку», которая в 100 раз тоньше кремниевых солнечных панелей.

Рулонное производство — это простой и масштабируемый процесс, используемый в других недорогих секторах, таких как упаковка, и является ключом к низкой стоимости солнечной пленки. Важно отметить, что он пропускает несколько производственных этапов, используемых в других гибких фотоэлектрических технологиях.

После покрытия перовскитовой краской и отжига (последний представляет собой процесс нагрева для повышения пластичности) сверху в непрерывном процессе наносится клейкая защитная пленка для защиты кристаллизованного перовскита. Другие барьерные пленки и задний лист фольги можно наносить с помощью ламинирования под давлением или вакуума.

Чтобы исследовать соотношение цены и долговечности, Power Roll еженедельно тестирует различные барьерные пленки и типы ламинирования, которые подвергались воздействию внешних условий в течение последних шести месяцев. Это продемонстрировало, что пленки с высокими ценовыми барьерами и вакуумным ламинированием не демонстрируют ухудшения характеристик, в то время как пленки с низкими ценовыми барьерами и ламинированием под давлением пострадали по краям. Дальнейшее тестирование продолжается.

Методология Power Roll производит перовскитные фотоэлектрические панели с себестоимостью в пять раз дешевле, а период окупаемости углерода до десяти раз короче, чем у традиционных кремниевых солнечных панелей.

Широкое применение

Комбинация микроканавок и перовскитов позволяет получить гибкую, легкую и эффективную солнечную пленку, которая стоит намного дешевле кремниевых солнечных панелей. Гибкий характер и простой процесс установки означают, что солнечную пленку из перовскита можно устанавливать в ситуациях, когда кремниевые солнечные панели не могут быть развернуты. Например, его можно интегрировать с окнами, жалюзи, транспортными средствами, несущими крышами и вертикальными поверхностями. В то время как фермы с солнечными панелями занимают значительное количество зеленых насаждений, перовскитные фотоэлектрические системы могут использовать площади, которые уже были освоены для коммерческого или домашнего использования.

Крупнейший рынок солнечной пленки находится на коммерческих и промышленных крышах. Всего четверть из 2,5 миллиардов квадратных метров крыш, выходящих на юг, может обеспечить 30% потребности Великобритании в энергии. Солнечная пленка Perovskite PV может быть дешево и масштабно установлена ​​на ненесущих площадях на крыше, помогая Великобритании достичь своих целей в области энергетической безопасности и нулевого уровня выбросов.

А возможности легкой солнечной пленки выходят за пределы Великобритании. Производственный процесс легко воспроизвести, и его можно лицензировать по всему миру, чтобы ускорить внедрение солнечной энергии. Поскольку менее 2% крыш в мире оснащены солнечными установками, существует огромная возможность для легких и недорогих перовскитовых фотоэлектрических модулей. Солнечная пленка универсальна и может быть интегрирована на крышах и на самых разных поверхностях. Это поможет улучшить доступность производства экологически чистой энергии в регионах мира, где в настоящее время отсутствует какая-либо значительная инфраструктура возобновляемых источников энергии. Ожидается, что перовскитные фотоэлектрические панели появятся на рынке уже в следующем году, а более широкое распространение они получат к 2025 году и обещают произвести революцию в солнечной энергетике.

Источник

Прочитано 150 раз(а)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *