Vad är en kalcogenidsolcell?
Chalkogenidsolceller är solceller som använder chalkogenid, en metallorganisk halogenidhalogenidhalvledare, som ett ljusabsorberande material och tillhör den tredje generationens solceller, även kända som New Concept Solar Cells.
Hittills har de flesta solceller tillverkats av kisel, eftersom detta material är mycket bra på att absorbera ljus. Silikonpaneler är dock dyra att tillverka.
Vad är strukturen på en solcell av kalcogenid?
Forskare har arbetat med en struktur av kalcogenid för att göra den till ett alternativ till kisel. Äkta kalcogenid, ett mineral som finns i jorden, består av kalcium-, titan- och syremolekyler som har arrangerats på ett speciellt sätt. Material med samma kristallstruktur kallas chalcocitstrukturer.
Jämfört med strukturer som är sammankopplade i en co-angulär eller co-planär form verkar chalcocitstrukturen vara mer stabil och mer gynnsam för diffusionsvandring av defekter. Som ett resultat av detta har kalcogenid många utmärkta fysikalisk-kemiska egenskaper, t.ex. elektrokatalytiska egenskaper och ljusabsorption.
Fördelar med solceller av kalcogenid：
Chalkogenidstrukturer är idealiska som aktivt skikt för ljusabsorption i solceller, eftersom de absorberar ljus effektivare än kisel och till en lägre kostnad. Den utrustning som krävs för att integrera kalcogenidstrukturer i solceller är också relativt enkel. De kan till exempel lösas upp i ett lösningsmedel och sprutas direkt på substratet.
Solceller av kalcogenid har flera betydande fördelar jämfört med GaAs- och kiselbaserade solceller.
För det första finns det kostnadsfördelar. Billiga kalcogenidfotovoltaiska material används som ljusabsorberande material, och framställningen är betydligt billigare än galliumarsenid och kristallint kisel.
För det andra är det en fördel med flexibiliteten. Solcellsmaterial av kalcogenid i solceller finns vanligtvis i form av tunna filmer med en tjocklek på mindre än en mikrometer, vilket är lämpligt för att bygga flexibla solceller så att den böjbara bärarens ytutrymme kan utnyttjas fullt ut.
Dessutom är det höga förhållandet mellan energi och massa en fördel. Chalkogenidsolceller är en ny klass av tunnfilmssolceller med lättare massa och högre energi per viktenhet, särskilt flexibla chalkogenidsolceller, som har visat sig ha ett mycket högt förhållande mellan energi och massa (> 20 W g-1) som inte kan uppnås med andra typer av solceller.
Dessutom har kalcogenidmaterial en god potential för strålningsbeständighet. Det har rapporterats att halvledare av kalcogenid uppvisar bättre strålningsbeständighet än glas efter 1535 timmars kontinuerlig strålning från 2,3 3rad gammastrålar (γ-strålar).
På grund av dessa fördelar förväntas chalkogenidsolceller utvecklas till en ny generation av solcellsteknik för rymdenergi.
Nackdelar med kalcogenidsolceller：
Material som består av kalcogenidstrukturer lovar att revolutionera solcellsutrustning, men har en allvarlig nackdel: de är i allmänhet mycket instabila och deras prestanda försämras vid höga temperaturer. Detta är ett allvarligt hinder för deras kommersiella användning.
Materialet är giftigt - chalkogenidbatterier innehåller bly, även om blyet inte är något jämfört med arsenik, gallium, tellur och kadmium som finns i andra typer av batterier. Northwestern University har också utvecklat en solcell av kalciumtitanit som använder tenn i stället för bly, men omvandlingseffektiviteten för denna cell är fortfarande bara 6 %, och materialet är mycket instabilt och befinner sig för närvarande i ett tidigt skede av forskning och utveckling;
Materialet är instabilt - blyet i kalcogenid är känsligt för oxidation och jodavdunstning, och kristallerna är känsliga för nedbrytning när de utsätts för fukt. Om vi använder ett kalciumtitanitbatteri för att generera elektricitet kommer det sannolikt att brytas ner och sippra ut på taket eller i marken;
Batteriets livslängd är inte lång - för närvarande är den längsta chalcogenidsolcellen 1000 timmar, utvecklad i samarbete med Huazhong University of Science and Technology och École Polytechnique Fédérale de Lausanne. Däremot håller konventionella kristallina kiselceller vanligtvis i upp till 25 år, vilket är mycket längre än kalciumtitanceller.