Silizium ist derzeit das Hauptmaterial für Solarzellen. Der Wirkungsgrad von Silizium-Solarzellen ist jedoch begrenzt. Der Wirkungsgrad von P-Typ Zellen ist an seine Grenzen gestoßen. Und die PV-Branche wendet sich der Erforschung und Produktion von N-Typ Zellen zu. Zudem gibt es eine weitere Möglichkeiten - Perowskit-Solarzelle.
Was ist Perowskit eigentlich？
Der sogenannte Perowskit in der PV-Branche bezieht sich auf eine Klasse von „ABX3“-Verbindungen mit einer Kristallstruktur, die der von Perowskit ähnelt. Aufgrund ihres chemischen Aufbau können Perowskit als perovskite oxides (ABO3) klassifiziert werden. Kurz gesagt, Perowskit-Materialien beziehen sich auf einen allgemeinen Begriff für Materialien mit einer bestimmten Struktur.
Aufbau von Perowskit-Solarzellen
Das folgende Bild zeigt den Aufbau von normalen Perowskit-Solarzellen
Vorteile von Perowskit-Solarzellen
Hoher Wirkungsgrad
Im Jahr 2009 erzeugte der japanische Wissenschaftler Tsutomu Miyasaka erstmals Strom aus Perowskit-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von nur 3,8 %. Und nur zehn Jahre später, stieg der Wirkungsgrad auf 25 % an. Das Helmholtz-Zentrum Berlin hat eine Tandem-Solarzelle entwickelt, deren Wirkungsgrad bei 29.8% liegt. Das heißt der Weltrekord für den höchsten Wirkungsgrad bei Tandem-Solarzellen.
Theoretisch sind die Grenzen des Wirkungsgrades für verschiedene Silizium-Modulen wie folgt:
Silizium-Solarzelle: 29,43 Prozent
Monokristalline Silizium-Solarzelle: 24,5 Prozent
HJT-Solarzelle: 27,5 Prozent
TOPCon-Solarzelle: 28,2 % bis 28,7 %
Theoretisch können Perowskit-Solarzellen einen Wirkungsgrad von 31 % erreichen, der höher ist als der von Silizium-Solarzellen.
Tandem-Möglichkeiten
Perowskit-Solarzellen können mit anderen Materialien zu so genannten Tandemsolarzellen verbunden werden. Der Wirkungsgrade von Silizium-Perowskit Solarzellen kann 35% erreichen, während theoretisch der Wirkungsgrad von Dreischichtzellen bei über 45 % liegen kann. Obwohl diese Daten derzeit auf die Labor- oder theoretische Ebene beschränkt sind, hat Perowskit eindeutig ein viel größeres Potenzial.
Geringe Kosten
Dank der zahlreichen Rohstoffe, die für die Herstellung von Metallhalogenid-Perovskite benötigt werden, sind die Kosten niedrig. Im Vergleich zu dem Silizium ist für Perovskite kein höherer Reinheitsgrad als 6N erforderlich, etwa 98 % sind bereits verfügbar. Der Produktionsprozess von Perovskite-Solarzellen erfordert nicht die Verarbeitungstemperaturen von rund tausend Grad wie bei Silizium-Solarzellen, so dass der Energieverbrauch relativ wenig ist. Darüber hinaus benötigen die meisten Stufen keine Vakuumumgebung, was die Produktionskosten weiter senkt. Aufgrund ihrer hohen Lichtabsorptionsfähigkeit haben Perovskite-Solarzellen benötigen Perovskite-Solarzellen nicht viel Material. Zusammenfassend kann man sagen, dass die Investitionskosten der Kette aufgrund der einfachen Herstellung und des relativ kurzen Verfahrensablaufs gering sind.
Nachteile von Perowskit-Solarzellen
Schlechte Stabilität
Derzeitige Perowskit-Solarzelle hat eine kurze Lebensdauer so wie eine schlechte Stabilität, und ihr Leistung verschlechtert sich sehr schnell. Als ionisches Kristallmaterial ist Perowskit zerbrechlich. Es kann Defekte aufweisen wie hohe Temperaturbeständigkeit, Lichtunverträglichkeit, Anfälligkeit für Hydrolyse, Oxidation usw. Obwohl sich diese Situation in den letzten zwei Jahren dank der Fortschritte in der Forschung von Perowskit entspannt hat, ist die Zellzerfallsrate im Vergleich zu Silizium-Zellen immer noch zu hoch.
Darüber hinaus weisen Perowskit einen Defekt auf, den so genannten „tiefen Fallenzustand“. Er fängt die Ladungsträger wie eine Falle ein, so dass Lichtenergie als Wärme verloren geht, anstatt in Strom umgewandelt zu werden, was der Wirkungsgrad der Perowskit-Zelle beeinträchtigt. Die Ursache dieses Phänomens ist trotz zahlreicher Studien, immer noch unklar.
Nicht umweltfreundlich
Die meisten Perowskit-Solarzellen enthalten Blei, um die notwendige Stabilität und den Aufbau für einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Blei ist jedoch nicht nachhaltig und zweifellos sowohl für die Umwelt als auch für den Menschen schädlich. Daher ist es notwendig, nach weniger giftigen Alternativen zu suchen.
Allerdings gibt es noch viele Probleme bei der Kommerzialisierung von Perowskit-Solarzellen. Mit dem hervorragenden Wirkungsgrad wird Perowskit wahrscheinlich Die Zukunft der Photovoltaik-Branche sein. Wie hoch wird der Wirkungsgrad künftiger Perowskit-Solarzellen sein? Was passiert mit Perowskit-Materialien? Wir werden mal sehen.
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