2020年11月26日
今天大多数太阳能电池由精制硅将阳光转化为清洁电力。不幸的是,提炼硅远未清洁的过程中,需要大量的能源碳排放发电厂。
更环保的替代硅,研究人员专注于薄膜钙钛矿——低成本、灵活的太阳能电池,可以用最小的能量,几乎没有公司生产2排放。
虽然钙钛矿的太阳能电池是有前途的,重大挑战需要解决之前他们可以变得司空见惯,至少这是他们固有的不稳定,这使得大规模制造他们的困难。
“钙钛矿太阳能技术商业化和粉饰之间正处在一个十字路口,”斯坦福大学博士后学者尼克•罗尔斯顿说。“数百万美元投入创业。但我坚信,在未来的三年里,如果没有一个突破,延长细胞寿命,这些钱将开始干涸。”
这就是为什么一个新的钙钛矿生产过程开发斯坦福是如此令人兴奋,罗尔斯顿说。在一项新的研究中,发表在11月25日发行的《华尔街日报》焦耳,他和他的同事们展示一个超速的方法产生稳定的钙钛矿细胞和组装成太阳能模块,电源设备,建筑物,甚至电网。
“这项工作为钙钛矿的生产提供了一个新的里程碑,”研究的资深作者莱因霍尔德Dauskardt,露丝g和威廉·k·Bowes斯坦福大学工程学院教授。“它解决一些最强大的壁垒module-scale制造业社区多年来一直处理。”
Fingernail-size样品
钙钛矿太阳能电池薄膜的合成水晶制成的廉价、丰富的化学品如碘、碳和铅。
薄膜电池是轻量级、可弯曲,可以生长在露天实验室在水的沸点附近的温度,远低于3000华氏度(合1650度摄氏)工业硅炉需要完善。
科学家开发了钙钛矿的细胞将25%的太阳光转化为电能,转换效率与硅。但是这些实验细胞不太可能很快被安装在屋顶上。
“大多数工作在钙钛矿包括很小的区域活跃,可用的太阳能电池。他们通常你的小指指甲大小的一小部分,”罗尔斯顿说该研究与威廉·沙伊德尔前斯坦福大学博士后学者现在达特茅斯学院助理教授。
尝试更大的细胞产生缺陷和小孔,显著减少细胞的效率。与刚性硅电池,持续20到30年,钙钛矿最终降解薄膜暴露在热量和水分。
“你可以做一个小型示范装置在实验室里,“Dauskardt说。”,但传统的钙钛矿处理不是可伸缩的快速、高效的生产。”
创纪录的处理器
解决大规模生产的挑战,Dauskardt团队部署专利技术他们最近发明了名为rapid-spray等离子体处理。
这种技术使用机械设备有两个喷嘴快速生产薄膜的钙钛矿。一个喷嘴spray-coats液体钙钛矿化学前体溶液掉到一块玻璃上,而另一版本的高活性电离气体被称为等离子体。
“常规处理需要烤大约半个小时的钙钛矿的解决方案”,罗尔斯顿说。“我们的创新是使用等离子高能源快速液体钙钛矿转化为薄膜太阳能电池在一个单一的步骤。”
使用rapid-spray处理,斯坦福团队能够产生40英尺(12米)钙钛矿的电影——每分钟大约四倍需要制造硅电池。
“我们实现吞吐量最高的太阳能技术,”罗尔斯顿说。“你可以想象大板玻璃放在滚轴,不断生产层钙钛矿速度从未完成。”
除了创纪录的产量,新来的钙钛矿细胞达到18%的能量转换效率。
“我们想让这个过程尽可能适用的和广泛的有用的,”罗尔斯顿说。“等离子体处理系统听起来的,但你可以买商业上非常合理的成本。”
斯坦福团队估计,他们的钙钛矿模块可以生产大约25美分每平方英尺2.50美元,远低于每平方英尺左右需要产生一个典型的硅模块。
太阳能电池组件
硅太阳能电池通常连接在一起封装模块,以提高输出功率和抵御恶劣的天气条件。钙钛矿制造商最终将不得不建立稳定、高效的模块在商业上可行。
为此,斯坦福团队成功创建了钙钛矿模块后继续运行在15.5%的效率甚至离开在货架上5个月。
传统硅模块发电成本约为5美分/千瓦时。与硅、钙钛矿模块必须封装在一个不受天气影响的层,以防止水分进入至少十年。
研究团队正在探索新的封装技术和其他方法来显著提高耐久性。
“如果我们能够建立一个持续30年的钙钛矿模块,我们可以降低电力的成本低于2美分每千瓦时,”罗尔斯顿说。“在这个价格,我们可以使用钙钛矿发电厂能源生产。例如,一个100兆瓦的太阳能农场。”
研究员迈克尔·伍德豪斯美国能源部下属的国家可再生能源实验室,也是这项研究的合著者。其他的斯坦福大学的合作者博士生奥斯汀电影,贾斯汀陈和奥利弗赵;和本科生汉娜Elmaraghi安德鲁Sleugh。
来源:https://www.stanford.edu/