Как правильно установить солнечные батареи?

Солнечные панели наиболее эффективно работают, когда они направлены на солнце и их поверхность перпендикулярна солнечным лучам. Как определить такое положение солнечных батарей, при котором они будут вырабатывать максимальное количество энергии за день? Какая ориентация солнечных панелей самая лучшая?

Солнце двигается по небу с востока на запад. Положение Солнца на небосклоне определяется 2-мя координатами – склонением и азимутом. Склонение – это угол между линией, соединяющей наблюдателя и Солнце, и горизонтальной поверхностью. Азимут – это угол между направлением на Солнце и направлением на юг (см рисунок справа).

Следует также учитывать, что направление на магнитный юг (т.е. по компасу) не всегда совпадает с направлением на настоящий юг. Существуют истинный и магнитный полюсы, не совпадающие между собой. Соответственно этому есть истинный и магнитный меридианы. И от того и от другого можно отсчитывать направление на нужный предмет. В одном случае мы будем иметь дело с истинным азимутом, в другом — с магнитным. Истинный азимут — это угол между истинным (географическим) меридианом и направлением на данный предмет. Магнитный азимут —угол между магнитным меридианом и направлением на данный предмет. Понятно, что истинный и магнитный азимуты отличаются на ту же самую величину, на которую магнитный меридиан отличается от истинного. Эта величина называется магнитным склонением. Если стрелка компаса отклоняется от истинного меридиана к востоку, магнитное склонение называют восточным, если стрелка отклоняется к западу, склонение называют западным. Восточное склонение часто обозначают знаком « + » (плюс), западное — знаком « —» (минус). Величина магнитного склонения неодинакова в различной местности. Так, для Московской области склонение составляет +7, +8°, а вообще на территории России оно меняется в более значительных пределах. См. также “как вычислить истинный азимут по склонению и магнитному азимуту“.

Вообще говоря, вариантов увеличить экспозицию солнечной батареи прямым солнечным лучам  всего три:

Рекомендуем почитать по теме:
Руководство покупателя солнечных батарей
Основы фотоэнергетики

1. Установка солнечных батарей на неподвижную конструкцию под оптимальным углом
2. Установка на двухосный трекер (поворотную платформу, которая может вращаться за солнцем в двух плоскостях)
3. Установка на одноосный трекер (платформа может изменять только одну ось, чаще всего – ту что отвечает за наклон)

У вариантов №2 и №3 есть свои преимущества (значительное увеличение времени работы солнечной батареи и какое-то увеличение выработки энергии), но есть и недостатки: более высокая цена, снижение надежности системы за счет введения движущихся элементов, необходимость дополнительного технического обслуживания и т.п.). Мы рассмотрим целесообразность применения трекеров в отдельной статье, пока же будем говорить только о варианте №1  – неподвижная конструкция, или неподвижная конструкция с изменяемым углом наклона.

Солнечные панели обычно располагаются на крыше или поддерживающей конструкции в фиксированном положении и не могут следить за положением солнца в течение дня. Поэтому, обычно солнечные панели не находятся под оптимальным углом (90 градусов к солнечным лучам) в течение всего дня. Угол между горизонтальной плоскостью и солнечной панелью обычно называют углом наклона.

Вследствие движения Земли вокруг Солнца, имеют место также сезонные вариации. Зимой солнце не достигает того же угла, как летом. В идеале, солнечные панели должны располагаться летом более горизонтально, чем зимой. Поэтому угол наклона для работы летом выбирается меньше, чем для работы зимой. Если нет возможности менять угол наклона дважды в год, то панели должны располагаться по оптимальным углом, значение которого лежит где-то посередине между оптимальными углами для лета и зимы. Для каждой широты есть свой оптимальный угол наклона панелей. Только для местностей около экватора солнечные панели должны располагаться почти горизонтально (но даже и там они устанавливаются под небольшим углом, чтобы дать дождям смывать грязь с солнечной батареи).

Оптимальные углы наклона солнечных батарей для различных широт

Обычно для весны и осени оптимальный угол наклона принимается равным значению широты местности. Для зимы к этому значению прибавляется 10-15 градусов, а летом от этого значения отнимается 10-15 градусов. Поэтому обычно рекомендуется менять дважды в год угол наклона с “летнего” на “зимний”. Если такой возможности нет, то угол наклона выбирается примерно равным широте местности. Более того, угол наклона также зависит от широты местности. См. таблицу справа.

Зависимость выработки солнечной батареи от отклонения от направления на юг

Потери выработки вследствие отражения (в % к перпендикулярному направлению на модуль)

Угол падения лучей света	Потери
9	1.2%
18	4.9%
40	19.0%
45	29.0%

Пример

Доля производства энергии фотоэлектрической системой при наклоне 45 градусов, для широты местности 52 градуса северной широты.

запад	юго-запад	юг	юго-восток	восток
78%	94%	97%	94%	78%

Выработка максимальна (100%) когда панели расположены под углом 36 градусов и ориентированы на юг. Как видно из таблицы, разница между направлениями на юг, юго-восток и юго-запад незначительна.

К примеру, летом оптимальный угол наклона составляет 30-40 градусов, а зимой – больше 70, в зависимости от широты местности. Весной и осенью угол наклона имеет усредненное значение между значением угла для лета и зимы.

Для автономных систем оптимальный угол наклона зависит от месячного графика нагрузки, то есть если в данном месяце потребляется больше энергии, то угол наклона нужно выбирать оптимальным именно для этого месяца.

Оптимальный угол наклона для широты 52 градуса (северной широты) для соединенных с сетью систем составляет 36 градусов.

Небольшие отклонения до 5 градусов от этого оптимума оказывают незначительный эффект на производительность модулей. Различие в погодных условиях более влияет на выработку электричества. Для автономных систем оптимальный угол наклона зависит от месячного графика нагрузки, т.е. если в данном месяце потребляется больше энергии, то угол наклона нужно выбирать оптимальным именно для этого месяца. Также, нужно учитывать, какое есть затенение в течение дня. Например, если с восточной стороны у вас дерево, а с западной все чисто, то, скорее всего, имеет смысл сместить ориентацию с точного юга на юго-запад.

Зависимость выработки солнечных батарей от направления на Солнце

Ширина пучка солнечных лучей в зависимости от расположения Солнца.

Расчёт количества солнечной энергии, получаемого солнечными панелями при падении солнечных лучей под углом, отличающимся от 90°, рассмотрим на следующем примере:
Пример: солнечные панели ориентированы на юг, без продольного наклона. Солнце светит с юго-востока. Линия, проведенная перпендикулярно между солнечными батареями и направлением на Солнце, имеет угол, равный 360/8=45 градусов. Ширина одного пучка падающего солнечного излучения будет равна tan (|90-45|) / sin (|90-45|) = 1.41, и количество солнечной энергии, получаемое солнечными панелями, будет равно 1/1.41=71% от мощности, которая была бы получена, если Солнце светило точно  с юга.

 

Зависимость прихода солнечной радиации от угла наклона и азимута

Хорошая статья, описывающая экспериментальные испытания выработки солнечных батарей, установленных под разным углом – Натурные испытания оптимального угла установки СБ, там же рассмотрен эффект очистки солнечных батарей, установленный под различным углом, от снега.

Eсли Вы столкнулись со сложностями во время выбора солнечных батарей, сетевых инверторов для вашей солнечной электростанции, или Вам нужна помощь по монтажу – пожалуйста обращайтесь в нам, наши инженеры смогут предложить оптимальный вариант. Мы работаем на рынке солнечных батарей больше 18 лет, за это время накопили хороший опыт, и с удовольствием поможем Вам.

Эта статья прочитана 74217 раз(а)!

Продолжить чтение

Климат и экология: Среда обитания: Lenta.ru

Австралийский стартап SunDrive совершил прорыв в солнечной энергетике, создав самую эффективную и дешевую солнечную панель в истории. Молодой ученый Винс Аллен изобрел технологию, работая у себя в гараже в одиночку, и она превзошла разработки многомиллиардных китайских компаний, пишет Bloomberg.

Винс Аллен решил заменить серебро, которое обычно используется для вывода электричества из солнечных батарей, на более дешевый материал — медь. 32-летний кандидат наук из Университета Нового Южного Уэльса построил оборудование для исследований и разработок у себя в гараже и пробовал применить медь при создании солнечных панелей различными способами, пока не нашел рабочий метод.

Чтобы внедрять новую технологию на рынок, Аллен в 2015 году основал компанию SunDrive Solar. На этой неделе фирма получила официальное сообщение о том, что ее разработка побила рекорд по эффективности преобразования света в электричество. Такой результат показал анализ, проведенный независимым немецким Институтом исследований солнечной энергии Хамелин (ISFH). Показатель эффективности батареи SunDrive Solar составил 25,54 процента. Предыдущий рекорд — 25,26 процента — был установлен китайским гигантом Longi Green Energy Technology. В прошлом году азиатская компания была продана за 8,4 миллиарда долларов.

Материалы по теме

00:03 — 1 сентября

Смертельный сквозняк.

Как замазывание щелей и замена гнилых труб спасет человечество от глобальной катастрофы?

00:04 — 9 сентября

Всем по коробке.

Россияне начали скупать в Москве экстремально маленькие квартиры. Зачем они это делают?

Если австралийский стартап сможет вывести свою разработку на мировой рынок, стоимость солнечных батарей значительно снизится, и отрасль станет гораздо меньше зависеть от серебра. «Медь очень распространена и обычно стоит примерно в 100 раз меньше серебра», — объяснил Аллен. На сегодняшний день SunDrive привлекла около 7,5 миллиона долларов от компании Blackbird Ventures и других крупных инвесторов. Кроме того, молодое предприятие получило грант на сумму более двух миллионов долларов от государственного Агентства по возобновляемым источникам энергии (ARENA), продвигающего экологичные технологии.

Около 95 процентов солнечных панелей изготавливаются из фотоэлементов — маленьких ячеек из кремниевых пластин, преобразующих энергию солнца в постоянный электрический ток. Чтобы вывести ток, нужно соединить ячейки металлическими контактами. Для этой цели производители долгое время использовали серебро, так как этот металл имеет высокую прочность и пластичность. Однако серебро может составлять до 15 процентов от стоимости солнечной батареи. Бывший глава Suntech Power Holdings Ши Чжэнжун, получивший прозвище Король солнца за его огромную роль в индустрии, стал инвестором SunDrive и заявил, что исследователи уже давно пытаются применить медь в создании солнечных панелей. «Переход на медь — это то, чего мы давно желали, но добиться этого было очень трудно», — сказал он. Ши также выразил надежду, что производители перейдут к использованию серебра и меди в пропорции 50 на 50.

Сектор солнечной энергетики разрастается, так как экологическая повестка приобретает все большую актуальность. За 2020 год мировые объемы производства солнечных панелей рекордно выросли — общая мощность установок увеличилась на 23 процента и достигла 760 гигаватт.

Солнечные батареи

Наиболее эффективными с энергетической точки зрения устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую являются полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), поскольку позволяют осуществить прямой, одноступенчатый переход энергии.

Преобразование энергии в ФЭП основано на фотовольтаическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения. Фотовольтаический эффект (преобразование энергии света в электроэнергию) был открыт в 1839 году молодым французским физиком Эдмондом Беккерелем. Однажды 19-летний Эдмонд, проводя опыты с маленькой электролитической батареей с двумя электродами обнаружил, что на свету некоторые материалы производят электрический ток.

Отчего это происходит? Дело в том, что солнечный свет несет опеределенную энергию. Разным длинам волн света, воспринимаемыми нами как разные цвета (красный, синий, желтый и т.д.) соответствуют свои уровни энергии. Попадая на воспринимающий полупроводниковый слой, свет передает свою энергию электрону, который срывается со своей орбиты в атоме. А поток электронов и есть электричекий ток.

Но до создания первой солнечной батареи прошло еще более сорока лет: в 1883 г. Чарльз Фритц покрыл кремниевый полупроводник очень тонким слоем золота и получил солнечную батарею, КПД которой составил не более 1%. Аналогичные современным фотовольтаические элементы были запатентованы как «светочувствительные элементы» в 1946 г. компанией Russell Ohl.

Первый искусственный спутник с применением фотовольтаических элементов был запущен СССР в 1957 г., а в 1958 г. США осуществили запуск спутника Explorer 1 с солнечными панелями.

Эти два события показали, что солнечные панели могут служить единственным и достаточным источником энергоснабжения геостационарных спутников, что подтвердило компетентность солнечных батарей. Это был важный момент в развитии данной технологии, так как в результате успешных запусков несколько правительств инвестировали колоссальный объем средств в ее разработку.

Начиная с 2000 г. в арифметической прогрессии росла эффективность производимых кремниевых моно- и поликристаллических фотоэлектрических элементов, достигнув к 2007 году максимальных значений 19%. Другие же технологии из-за меньшей эффективности оказались обделены вниманием разработчиков до недавнего времени.

В целом погоня за эффективностью и создание дорогих солнечных элементов оправдывали себя только для применения в космосе, где важен каждый грамм и квадратный сантиметр. Для практического использования солнечных панелей на Земле требовались сравнительно недорогие и качественные элементы, пригодные для массового производства и применения. Именно такими и стали кремниевые солнечные панели. В настоящее время лидером является моно- и поликристаллический кремний — 87% мирового рынка. Аморфный кремний составляет 5% рынка, а тонкопленочные кадмий-теллуровые элементы — 4,7%. Основным материалом для производства солнечных фотоэлектрических панелей остается кремний. Причиной является его повсеместная доступность. Немалую роль играет и разработанность технологии, поскольку кремний очень широко используется в разных видах электроники.

Основой для солнечных панелей являются тонкие срезы кремниевых кристаллов. Чем тоньше слой — тем меньше себестоимость. Параллельно повышается эффективность. В 2003 году в среднем в индустрии фотовольтаики толщина слоя в наиболее качественных элементах составляла 0,32 мм, а к 2008 году уменьшилась до 0,17 мм. А эффективность повысилась с 14% до 16%. В этом году планируется достигнуть показателей 0,15 мм при эффективности 16,5%.

Типы солнечных элементов

Монокристаллический кремний

Наиболее эффективными и распространенными для широкого потребления являются монокристаллические кремниевые элементы. Для изготовления таких элементов кремний очищается, плавится и кристаллизуется в слитках, от которых отрезают тонкие слои. Внешне монокристаллические элементы выглядят как однотонная поверхность темно-синего или почти черного цвета. Скозь кремний проходит сетка из металлических электродов. Эффективность такого элемента составляет от 16 до 19% в стандартных условиях тестирования (прямой солнечный свет, +250С).

Срок службы таких панелей у хороших производителей составляет обычно 40-50 лет. Производительность за каждые 20-25 лет службы постепенно снижается примерно на 20%.

Поликристаллический кремний

Технология принципиально не отличается от монокристаллических элментов, но разница состоит в том, что для изготовления используется менее чистый и более дешевый кремний. Внешне это уже не однотонная поверхность, а узор из границ множества кристаллов. Эффективность такого элемента составляет от 14 до 15%. Тем не менее эти панели пользуются примерно такой же популярностью на рынке, что и монокристаллические, поскольку пропорционально эффективности снижается цена производства.

В России перспективнее все же использовать монокристаллические панели, поскольку при неразвитости собственного производства и больших расстояниях целесообразнее ввозить и транспортировать более эффективные панели.

Ленточный кремний

Принципиально такой же как и предыдущие типы, отличается лишь тем, что кремний не нарезается от кристалла, а наращивается тонким слоем в виде ленты. Антибликовое покрытие дает радужную окраску таким панелям. Эта технология не смогла завоевать рынок, занимая на нем лишь около 2%. В Росси почти не встречается.

Аморфный кремний

В этом типе используются не кристаллы, а тончайшие слои кремния, напыленные в вакууме на пластик, стекло или металл. Этот тип является наиболее дешевым в производстве, но обладает серьезным недостатком. Слои кремния выгорают на свету значительно быстрее, чем у предыдущих типов. Снижение производительности на 20% может произойти уже через два месяца. Очень часто в России привлеченные низкой ценой люди приобретают такие панели и потом разочаровываются, поскольку уже через год-два такой элемент перестает давать энергию.

Распознать такую панель на вид можно по более блеклому сероватому или темному цвету непонятных оттенков. На данном этапе развития этой технологии, применение таких панелей в России не рекомендуется.

Теллурид кадмия

Этот тип тонкослойных солнечных элементов обладает потенциально большей эффективностью и в качестве проводящего компонента использует оксид олова. Эффективность составляет 8-11%. По себестоимости эти элементы не намного дешевле моно- и поли- кристаллических кремниевых и обладают проблемой использования токсичного кадмия. Сейчас этот тип элементов занимает менее 5% общего рынка. Допуск таких панелей в Россию нежелателен в первую очередь из-за отечественного неумения обращаться с потенциально токсичной продукцией.

Другие элементы

Помимо вышеперечисленных есть еще много различных солнечных элементов, не получивших большого распространения. Потенциально перспективными являются медно-галлиевые, концентрирующие, композитные и некоторые другие элементы.

Где производят солнечные панели?

Производство солнечных панелей растет бешеными темпами, стараясь поспеть за стремительно растущим спросом. Причем одновременно растет спрос и для промышленных электростанций и для бытового потребления.

Лидером в производстве солнечных панелей является Китай. Здесь производят почти треть (29%) от общемировой продукции. При этом большая часть уходит на экспорт — в США и Европу. Примечательно, что американцы, являясь крупнейшим потребителем, производят лишь 6% от всех солнечных панелей, предпочитая инвестировать в перспективные крупные заводы в Китае.

Ненамного от Китая отстают Япония и Германия, которые производят соответственно 22% и 20% от общемировой продукции. Еще одним лидером является Тайвань — 11% рынка. Все остальные страны производят значительно меньшее количество солнечных панелей.

К сожалению, на этом фоне Россия выглядит очень бледно. Наши государственные деятели пока ограничиваются лишь громкими заявлениями. А производство солнечных фотоэлектрических панелей до сих пор находится в зачаточном состоянии. Практически нет серьезных государственных инициатив и не созданы условий для частных инвесторов.

Эффективны ли солнечные панели в Приморье?

Несведущие люди полагают, что в Приморье эффективность солнечных панелей сомнительна. На самом же деле по количеству солнечной энергии Приморье сопоставимо со многими южными странами: Японией, Кореей, Грецией и Италией.

Приморский край относится к регионам России, где целесообразно использовать солнце для получения энергии. Число солнечных дней в среднем по Приморскому краю составляет 310, при продолжительности солнечного сияния более 2000 часов. Есть районы, к примеру, это посёлок Пограничный, где число дней без Солнца всего 26 в году, а продолжительность солнечного сияния 2494 часа. На северном побережье продолжительность солнечного сияния 1900-2100 часов, на южном – 2000-2200 часов. В целом, мощность поступления солнечной энергии на территорию Приморского края составляет свыше 30 млрд. кВт. Практические ресурсы солнечной энергии с учётом экологических и технических ограничений составляют 16 млн. кВт, при получении только электрической энергии – 4,9 млн. кВт. Совсем немало!

Применение солнечных панелей

Помимо промышленного получения электроэнергии в Приморье есть три основных перспективы использования жителями солнечных панелей:

1) для обеспечения небольшого потребления энергии,

2) в гибридных ветро-солнечных автономных системах,

3) в удаленных местах, где нет возможности установки ветрогенератора.

При небольшой потребности в электричестве (менее 500 ватт мощности) установка солнечных панелей предпочтительнее ветротурбин. Ведь солнечные панели занимают меньше места, надежнее в обеспечении энергией, не требуют установки мачты, а на крыше практически незаметны снаружи.

В гибридных ветро-солнечных системах в качесте основного источника энергии используется мощный ветрогенератор, а солнечные панели в качестве дополнительного. Надежность в обеспечении энергией у такой системы значительно выше, чем у обычной ветровой. Ведь ветер может стихнуть на несколько дней подряд, а вот солнце бывает всегда. Многие ошибочно полагают, что для солнечных панелей обязательно нужен прямой свет. А на самом деле фотовольтаические элементы производят электричество и в пасмурную погоду, хотя и в меньших количествах.

Иногда у потребителя нет возможности установить ветрогенератор, например, если участок находится в непродуваемой ложбине или нет достаточно места. Тогда солнечные панели является очень хорошей альтернативой. Они обходятся дороже ветряных, зато с ними никаких хлопот.

Качественные панели легко выдерживают любые погодные условия, даже крупный град, а служат не менее 40 лет. Единственный требуемый уход — время от времени очищать поверхность от снега и пыли, что многократно увеличивает производительность. Есть также системы, способные поворачивать солнечную батарею вслед за солнцем в течение дня, таким образом можно увеличить выработку энергии вплоть до 50% от выработки в стационарном положении.

информация с сайта http://www.dvfond.ru/sun/

Ученые разработали прозрачный электрод, повышающий эффективность солнечных батарей

Разработка новых ультратонких металлических электродов позволила исследователям создать полупрозрачные перовскитовые солнечные элементы, которые обладают высокой эффективностью и могут быть соединены с традиционными кремниевыми элементами для увеличения производительности устройств. Исследование представляет собой шаг к созданию полностью прозрачных солнечных батарей.

«Прозрачные солнечные батареи могут когда-нибудь занять свое место на окнах домов и офисных зданий, генерируя электричество из солнечного света, который в противном случае был бы потрачен впустую, — отметил Кай Ванг, доцент кафедры материаловедения и инженерии Пенсильванского университета и соавтор исследования. — Это большой шаг — нам наконец-то удалось создать эффективные полупрозрачные солнечные батареи».

Традиционные солнечные батареи изготавливаются из кремния, но ученые считают, что они приближаются к пределам этой технологии в стремлении создать все более эффективные солнечные батареи. По словам ученых, перовскитовые элементы являются многообещающей альтернативой, и их укладка поверх традиционных элементов может создать более эффективные тандемные устройства.

«Мы показали, что можем создавать электроды из очень тонкого, почти в несколько атомов, слоя золота, — отметил Шашанк Прия, помощник вице-президента по исследованиям и профессор материаловедения и инженерии в Penn State. — Тонкий слой золота обладает высокой электропроводностью и в то же время не препятствует способности ячейки поглощать солнечный свет».

Солнечная батарея на основе перовскита, которую разработала команда, достигла эффективности 19,8%, что является рекордом для полупрозрачной батареи. А в сочетании с традиционным кремниевым солнечным элементом тандемное устройство достигло эффективности в 28,3%, по сравнению с 23,3% у одного только кремниевого элемента. О своих результатах ученые сообщили в журнале Nano Energy.

«Повышение эффективности на 5% — это гигантский результат, — отметили исследователи. — Это означает, что на каждый квадратный метр солнечного элемента приходится примерно на 50 ватт больше солнечного света».

---

Читайте также:

Новый анализ крови определяет продолжительность жизни человека

Ученые создали переключатель биологических часов

Ученые выяснили, что сверхобогащенное золото образуется как простокваша

Южноуральские ученые придумали защиту для солнечных батарей

Пленка из мини-призм предохранит от перегрева в жарком климате и повысит энергоотдачу в пасмурную погоду.

Челябинские ученые разработали и запатентовали новый вид голографической пленки для защиты солнечных батарей от перегрева в условиях жаркого климата. Как пояснили авторы ноу-хау, общедоступная и экологически чистая солнечная энергии — хорошая альтернатива традиционным видам топлива: углю, мазуту и газу. Потребность в солнечных батареях, преобразующих энергию светила в электричество, в последнее время растет. Для этого применяют фотоэлектрические элементы, но у них немало минусов. Один из них — быстрый перегрев под воздействием солнечных лучей, что чревато выходом из строя дорогостоящих деталей.

Молодые ученые Илхом Махсумов и Евгений Сироткин под руководством доктора технических наук, профессора кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабжения» ЮУрГУ Ирины Кирпичниковой создали голографическую пленку, повышающую надежность работы фотоэлектрических систем. Нужный эффект получают за счет защиты солнечных модулей от перегрева. Кроме того, в солидном плюсе и выработка электроэнергии из-за увеличения концентрации солнечных лучей.

По словам разработчиков, большинство фотоэлектрических модулей спроектированы так, что хорошо работают в комфортных условиях — при средней освещенности и температуре воздуха +25 °С. А в уличных условиях модулю зачастую приходится работать в жарком климате, что ведет к потере мощности и уменьшению срока службы солнечной батареи.

Фото: сайт ЮУрГУ

«Изюминка нашей разработки — в применении голографической пленки на основе призматических концентраторов (призмаконов) из прозрачного материала. Она содержит голографические линзы бесконечно малых размеров, — поясняет научный руководитель проекта Ирина Кирпичникова. — Сверху пленка покрыта ультратонким слоем напыления из редкоземельных металлов, который отражает тепловое инфракрасное излучение и пропускает видимые лучи. А внутри эта голо-пленка содержит мини-пирамидки — призматические концентраторы, «захватывающие» свет. Они способны, многократно отражая световые лучи внутри призм, концентрировать их на поверхности солнечного модуля. Эта инновационная технология повышает энергоотдачу солнечных модулей даже при пасмурной погоде».

Как добавили ученые, принцип работы голографической пленки в том, что, когда солнечный свет попадает на поверхность модуля, инфракрасные лучи отражаются от металлизированного верхнего слоя, защищая от перегрева. А видимые лучи попадают на пирамидки концентраторов и, многократно преломляясь в них, концентрируется на солнечном элементе. Причем это никак не зависит от угла падения лучей на солнечный модуль.

«Сфера применения такой пленки самая широкая, — подытожила Ирина Кирпичникова. — Ею можно покрывать органические и неорганические фотоэлектрические элементы, солнечные тепловые панели, источники освещения, светоотражающие материалы дорожных знаков. Также с помощью нашей технологии можно получить большое количество вариантов направления световых лучей, которые зачастую не могут быть получены другим способом. А главное, это простое и экономичное решение позволяет повысить выработку солнечной электроэнергии, не допуская перегрева и выхода модуля из строя».

В России создали рекордно эффективный материал для солнечных батарей

https://ria.ru/20200901/material-1576579898.html

В России создали рекордно эффективный материал для солнечных батарей

В России создали рекордно эффективный материал для солнечных батарей — РИА Новости, 01.09.2020

В России создали рекордно эффективный материал для солнечных батарей

Инновационная технология создания материала для фотовольтаики (раздел науки на стыке физики, фотохимии и электрохимии, изучающий процесс возникновения… РИА Новости, 01.09.2020

2020-09-01T14:33

2020-09-01T14:33

2020-09-01T14:33

санкт-петербургский электротехнический университет

открытия — риа наука

россия

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e4/08/15/1576100550_0:144:3384:2048_1920x0_80_0_0_418387d5c6a983fa67347be5758f4537.jpg

МОСКВА, 1 сен — РИА Новости. Инновационная технология создания материала для фотовольтаики (раздел науки на стыке физики, фотохимии и электрохимии, изучающий процесс возникновения электрического тока в различных материалах под действием падающего на него света), разработанная в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ», позволит повысить эффективность солнечных батарей до рекордных значений, рассказали РИА Новости в пресс-службе вуза.Солнечная энергетика как одна из разновидностей альтернативных источников энергии является перспективным и востребованным направлением науки. Существующие высокоэффективные многопереходные солнечные элементы по уровню КПД уже приблизились к своему теоретическому пределу, поэтому сегодня все усилия мирового научного сообщества направлены на создание и внедрение более эффективных и экономически выгодных подходов к их изготовлению.»Инновационная технология создания материала для фотовольтаики позволит повысить эффективность солнечных элементов до рекордных значений. Разработку предложил профессор кафедры фотоники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» (вуз – участник Проекта 5-100), доктор технических наук Александр Гудовских. Технология основана на использовании кремниевых подложек, формируемых с помощью совмещения технологии атомно-слоевого осаждения на начальном этапе роста, и метода газофазной эпитаксии из металлорганических соединений (МОС-гибридной эпитаксии)», — говорится в сообщении.Уточняется, что принципиальное отличие от предыдущих разработок состоит в том, что рост «нуклеационного слоя осуществляется методом плазмохимического атомно-слоевого осаждения при сравнительно низких температурах с последующим эпитаксиальным ростом верхнего перехода на основе A3B5 квантоворазмерных структур методом МОС-гидридной эпитаксии».Автор проекта профессор Гудовских рассказал, что «существующие способы создания фотоэлементов предполагают высокотемпературный (900-1000 °C) отжиг кремниевой подложки на начальной стадии роста для удаления оксида и реконструкции поверхности, что в дальнейшем приводит к деградации времени жизни в подложке». «Новая технология предполагает уменьшение температуры эпитаксиального роста GaP на Si подложках до 600-750 °C, а также формирование структур GaP/Si с нуклеационным слоем GaP методом атомно-слоевого плазмохимического осаждения при температуре 380 °C», — сообщают разработчики.Результаты научного исследования опубликованы в журнале Physica Status Solidi (a) – applications and materials science.

https://ria.ru/20200204/1564243961.html

россия

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e4/08/15/1576100550_314:0:3045:2048_1920x0_80_0_0_ae6a23c16296cd3205bb7370512b82fb.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

санкт-петербургский электротехнический университет, открытия — риа наука, россия

МОСКВА, 1 сен — РИА Новости. Инновационная технология создания материала для фотовольтаики (раздел науки на стыке физики, фотохимии и электрохимии, изучающий процесс возникновения электрического тока в различных материалах под действием падающего на него света), разработанная в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ», позволит повысить эффективность солнечных батарей до рекордных значений, рассказали РИА Новости в пресс-службе вуза.

Солнечная энергетика как одна из разновидностей альтернативных источников энергии является перспективным и востребованным направлением науки. Существующие высокоэффективные многопереходные солнечные элементы по уровню КПД уже приблизились к своему теоретическому пределу, поэтому сегодня все усилия мирового научного сообщества направлены на создание и внедрение более эффективных и экономически выгодных подходов к их изготовлению.

4 февраля 2020, 15:15НаукаПетербургские ученые создали высокоэффективные солнечные батареи

«Инновационная технология создания материала для фотовольтаики позволит повысить эффективность солнечных элементов до рекордных значений. Разработку предложил профессор кафедры фотоники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» (вуз – участник Проекта 5-100), доктор технических наук Александр Гудовских. Технология основана на использовании кремниевых подложек, формируемых с помощью совмещения технологии атомно-слоевого осаждения на начальном этапе роста, и метода газофазной эпитаксии из металлорганических соединений (МОС-гибридной эпитаксии)», — говорится в сообщении.

Уточняется, что принципиальное отличие от предыдущих разработок состоит в том, что рост «нуклеационного слоя осуществляется методом плазмохимического атомно-слоевого осаждения при сравнительно низких температурах с последующим эпитаксиальным ростом верхнего перехода на основе A3B5 квантоворазмерных структур методом МОС-гидридной эпитаксии».

«Одним из направлений фотовольтаики является формирование решеточно-рассогласованных A3B5 солнечных элементов на кремниевых подложках. Однако такой подход имеет существенный недостаток – значительная плотность дислокаций в приборах за счет несоответствия постоянных решетки приводит к низкому качеству слоев соединений A3B5 и их сильной деградации, что ограничивает их использование для фотоэлектрического преобразования солнечной энергии», — поясняют разработчики.

Автор проекта профессор Гудовских рассказал, что «существующие способы создания фотоэлементов предполагают высокотемпературный (900-1000 °C) отжиг кремниевой подложки на начальной стадии роста для удаления оксида и реконструкции поверхности, что в дальнейшем приводит к деградации времени жизни в подложке». «Новая технология предполагает уменьшение температуры эпитаксиального роста GaP на Si подложках до 600-750 °C, а также формирование структур GaP/Si с нуклеационным слоем GaP методом атомно-слоевого плазмохимического осаждения при температуре 380 °C», — сообщают разработчики.

Результаты научного исследования опубликованы в журнале Physica Status Solidi (a) – applications and materials science.

В Саранске строится уникальный для России завод по производству тонкопленочных солнечных батарей

Альтернативная энергетика в России стала еще на один шаг ближе к простым потребителям. Скоро в столице Мордовии городе Саранске начнется производство инновационных солнечных панелей, которые можно будет легко интегрировать в различные материалы, покрывающие крыши домов и даже их фасады. Это может быть и гибкая черепица, и мягкие кровельные материалы, вроде рубероида, и облицовочная плитка, которые перестанут бесполезно греться на солнце и начнут питать электросети своих хозяев. Благодаря Группе РОСНАНО каждый дом без тяжелых крышных кремниевых батарей можно будет легко превратить в маленькую электростанцию.

Центр нанотехнологий и наноматериалов Республики Мордовия, входящий в инвестиционную сеть Фонда инфраструктурных и образовательных программ Группы РОСНАНО, договорился о поставке производственной линии интегрированных солнечных панелей со своим шведским партнером — компанией Midsummer. Это первый заказ в рамках подписанного в сентябре 2019 года соглашения между Группой РОСНАНО и Midsummer о развитии рынка некремниевых гибких фотоэлектрических устройств в России и Евразийском союзе. Стоимость оборудования будет находиться в обычном диапазоне для подобного типа производственной линии — от 3,5 до 5 млн долларов США.

«Мы очень рады, что наконец стали частью российского рынка по производству интегрированных солнечных панелей. С нетерпением ждем начала поставок из России панелей для европейского рынка, где спрос превышает текущие производственные мощности Midsummer», — сказал генеральный директор шведской компании Свен Линдстрем.

Производственная линия изготавливается на заводе Midsummer в Ерфелле близ Стокгольма и будет поставлена на завод «Стилсан» в Саранске к концу 2020 года. Под новое предприятие сейчас готовится производственное помещение площадью почти в 1000 кв. метров на территории Технопарка Мордовии. Здесь заново проводятся инженерные коммуникации, обустраиваются чистые комнаты. Управляться предприятие будет Центром нанотехнологий и наноматериалов Республики Мордовия и компанией Solartek, которая в составе Группы «ТехноСпарк» с 2015 года продвигает решения солнечных крыш на базе тонкопленочных фотоэлектрических панелей.

«Запуск этого завода рассчитан на спрос со стороны коммерческого сектора на интегрированные солнечные крыши. Мы продвигаем уникальные продукты — различные кровельные материалы со встроенными солнечными батареями. Технология Midsummer идеально подходит для этого. С передачей технологий и локализацией производства гибких солнечных батарей в Саранске мы рассчитываем расширить бизнес солнечных крыш в России и за рубежом», — сказал руководитель Solartek Дмитрий Крахин. Он не исключает, что в перспективе, когда в России в полной мере заработает механизм «зеленых» тарифов, солнечные крыши заинтересуют и владельцев коттеджей.

Завод «Стилсан» будет производить солнечные ячейки и модули по перспективной тонкопленочной технологии диселенида галлия-индия-меди (CIGS). Средний КПД модулей составляет около 15%, но они смогут работать также в условиях рассеянного света и частичного затемнения. Проектная мощность производства составляет 10 МВт в год.

Основным рынком сбыта планируемой к производству продукции станет сегмент коммерческого строительства и реконструкции России и других стран Евразийского экономического союза (Армении, Беларуси, Казахстана и Кыргызстана). При этом и в дальнем зарубежье уже проявляют интерес к продвижению ячеек и модулей, планируемых к производству в Саранске. В мировой солнечной энергетике сегмент гибких встраиваемых модулей является наиболее динамично растущим. Крупнейшие мировые производители строительных материалов (полимеров, стекла, стали) активно работают над созданием решений с встроенными солнечными элементами.

Поставленное оборудование обеспечит трансфер в Россию уникальной технологии интегрируемой некремниевой фотовольтаики. В перспективе Фонд инфраструктурных и образовательных программ намерен инвестировать в апгрейд освоенной технологии за счет отечественных разработок и в дальнейшее развитие отрасли.

Российский рынок солнечной энергии

Российская Федерация намерена расширить и диверсифицировать использование возобновляемых источников для производства электроэнергии. В соответствии с текущими планами и политикой государства, возобновляемые источники энергии к 2030 году обеспечат почти 5% от общего конечного потребления электроэнергии. Между тем, согласно оценкам Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), доля альтернативных источников в России может достичь более чем 11%. Чтобы воспользоваться этим потенциалом потребуются инвестиции в возобновляемую энергетику в размере 300 миллиардов долларов США до 2030 года.Основы солнечных фотоэлектрических элементов

| Министерство энергетики

Кремний

Кремний, безусловно, является наиболее распространенным полупроводниковым материалом, используемым в солнечных элементах, составляя примерно 95% модулей, продаваемых сегодня. Это также второй по распространенности материал на Земле (после кислорода) и наиболее распространенный полупроводник, используемый в компьютерных микросхемах. Кристаллические кремниевые ячейки состоят из атомов кремния, соединенных друг с другом, чтобы сформировать кристаллическую решетку. Эта решетка обеспечивает организованную структуру, которая делает преобразование света в электричество более эффективным.

Солнечные элементы, изготовленные из кремния, в настоящее время обеспечивают сочетание высокой эффективности, низкой стоимости и длительного срока службы. Ожидается, что модули прослужат 25 или более лет, и по истечении этого срока все еще будут вырабатывать более 80% своей первоначальной мощности.

Тонкопленочная фотогальваника

Тонкопленочный солнечный элемент изготавливается путем нанесения одного или нескольких тонких слоев фотоэлектрического материала на поддерживающий материал, такой как стекло, пластик или металл. Сегодня на рынке представлены два основных типа тонкопленочных фотоэлектрических полупроводников: теллурид кадмия (CdTe) и диселенид меди, индия, галлия (CIGS).Оба материала можно наносить непосредственно на переднюю или заднюю поверхность модуля.

CdTe является вторым по распространенности фотоэлектрическим материалом после кремния, и элементы CdTe могут быть изготовлены с использованием недорогих производственных процессов. Хотя это делает их экономичной альтернативой, их эффективность по-прежнему не так высока, как у кремния. Ячейки CIGS обладают оптимальными свойствами для фотоэлектрического материала и высокой эффективностью в лаборатории, но сложность, связанная с объединением четырех элементов, делает переход от лаборатории к производству более сложным.И CdTe, и CIGS требуют большей защиты, чем кремний, чтобы обеспечить длительную работу на открытом воздухе.

Перовскитная фотогальваника

Перовскитные солнечные элементы представляют собой тип тонкопленочных элементов, названных в честь их характерной кристаллической структуры. Ячейки из перовскита состоят из слоев материалов, которые напечатаны, покрыты или нанесены вакуумным осаждением на нижележащий опорный слой, известный как подложка. Как правило, их легко собрать, и они могут достигать эффективности, аналогичной кристаллическому кремнию.В лаборатории эффективность перовскитных фотоэлементов повышалась быстрее, чем у любого другого фотоэлектрического материала, с 3% в 2009 году до более 25% в 2020 году. Чтобы быть коммерчески жизнеспособными, перовскитные фотоэлементы должны стать достаточно стабильными, чтобы выдержать 20 лет на открытом воздухе, поэтому исследователи работают над тем, чтобы сделать их более долговечными и разрабатывают крупномасштабные и недорогие технологии производства.

Organic Photovoltaics

Органические фотоэлектрические элементы, или OPV, состоят из богатых углеродом (органических) соединений и могут быть адаптированы для улучшения определенных функций фотоэлектрических элементов, таких как ширина запрещенной зоны, прозрачность или цвет.Элементы OPV в настоящее время примерно вдвое менее эффективны, чем элементы из кристаллического кремния, и имеют более короткий срок службы, но могут быть дешевле в производстве в больших объемах. Их также можно наносить на различные вспомогательные материалы, такие как гибкий пластик, благодаря чему OPV может использоваться в самых разных областях. PV

Фотоэлектрический эффект | физика | Britannica

Фотоэлектрический эффект , процесс, при котором два разнородных материала в тесном контакте создают электрическое напряжение при воздействии света или другой лучистой энергии.Легкие поражающие кристаллы, такие как кремний или германий, в которых электроны обычно не могут свободно перемещаться от атома к атому внутри кристалла, обеспечивают энергию, необходимую для освобождения некоторых электронов из их связанного состояния. Свободные электроны легче пересекают переход между двумя разнородными кристаллами в одном направлении, чем в другом, давая одной стороне перехода отрицательный заряд и, следовательно, отрицательное напряжение по отношению к другой стороне, так же, как один электрод батареи имеет отрицательный заряд. отрицательное напряжение по отношению к другому.Фотоэлектрический эффект может продолжать обеспечивать напряжение и ток, пока свет продолжает падать на два материала. Этот ток можно использовать для измерения яркости падающего света или в качестве источника энергии в электрической цепи, например, в солнечной энергетической системе ( см. солнечный элемент).

Фотоэлектрический эффект в солнечном элементе можно проиллюстрировать аналогией с ребенком на слайде. Первоначально и электрон, и ребенок находятся в своих соответствующих «основных состояниях».Затем электрон поднимается в возбужденное состояние за счет потребления энергии, полученной от падающего света, точно так же, как ребенок поднимается в «возбужденное состояние» наверху горки за счет потребления химической энергии, хранящейся в его теле. В обоих случаях теперь в возбужденном состоянии имеется энергия, которую можно расходовать. В отсутствие материалов, образующих переходы, возбужденные свободные электроны не имеют стимула двигаться в определенном направлении; в конечном итоге они возвращаются в основное состояние. С другой стороны, всякий раз, когда два разных материала соприкасаются, вдоль контакта создается электрическое поле.Это так называемое встроенное поле, которое воздействует на свободные электроны, эффективно «наклоняя» электронные состояния и заставляя возбужденные свободные электроны подключаться к внешней электрической нагрузке, где их избыточная энергия может рассеиваться. Внешняя нагрузка может быть простым резистором или любым из множества электрических или электронных устройств, от двигателей до радиоприемников. Соответственно, ребенок переходит на горку из-за желания развлечься. Именно на горке ребенок рассеивает лишнюю энергию.Наконец, когда избыточная энергия израсходована, и электрон, и ребенок возвращаются в основное состояние, где они могут начать весь процесс заново. Как видно из рисунка, электрон, как и ребенок, движется в одном направлении. Короче говоря, фотоэлектрический эффект производит постоянный ток (DC), который постоянно течет только в одном направлении. См. Также фотоэффект .

Половинчатые солнечные элементы на краю — pv magazine International

Из журнала pv 10/2021

Сегодня большинство высокоэффективных модулей на рынке представляют собой полукруглые элементы.Нарезка ячеек также стала ключевым фактором продолжающегося перехода к более крупным форматам пластин — полные модули ячеек на основе пластин 182 мм или 210 мм были бы шагом назад с точки зрения производительности. И если меньшие форматы начнут исчезать с рынка, как многие прогнозируют в отрасли, процессы отсечения ячеек, вероятно, станут еще более повсеместными в производстве фотоэлектрических элементов.

Предотвращение повреждения края ячейки во время процесса резки было сложной задачей для отрасли. Поскольку самые большие пластины часто разрезают на три части, а такие концепции, как расположение ячеек из черепицы, требуют еще большей резки и даже большего количества обрезанных кромок, это может стать еще более важным для обрабатывающей промышленности.

Хотя многие производители используют процессы «разметки и разрушения», которые могут привести к повреждению края ячейки, поставщики оборудования разработали инновационные процессы для ограничения этого. В процессе термической лазерной сепарации 3D-Micromac используется тепло от лазера с последующим водяным охлаждением для создания тщательно контролируемого напряжения, которое направляет трещину через ячейку, оставляя чистый край без микротрещин или других повреждений.

Однако этот и другие методы вырезания ячеек «без повреждений» все же оставляют после себя новую непассивированную область на краю ячейки, что может привести к потере производительности.«В общем, отсечение ячеек приводит к незначительным потерям тока короткого замыкания из-за потери площади и потерь напряжения холостого хода и коэффициента заполнения из-за создания новых непассивированных областей», — пояснил Шанкар Шридхара, технический директор REC Group. , которая долгое время использовала половинные ячейки в своих модулях Twinpeak, а также интегрировала их в свою последнюю серию Alpha с гетеропереходом Alpha.

Падение напряжения холостого хода вызвано повышенной рекомбинацией на непассивированной границе — меньшее количество генерируемого заряда может быть выведено из элемента в модуль до того, как оно будет потеряно.Шридхара продолжает объяснять, что доля потерянного напряжения холостого хода увеличивается с повышением эффективности элемента, поэтому проблема станет еще более актуальной, поскольку технологии элементов питания продолжают совершенствоваться.

Ячейки с гетеропереходом (HJT) с высокочувствительным пассивирующим слоем из аморфного кремния могут подвергаться особому риску потери производительности из-за разрезания ячеек и потери пассивации. И хотя REC Group исследовала эти риски и разработала процессы, позволяющие предлагать половинные ячейки во всех своих продуктах, включая HJT, новые инновации могут еще больше улучшить производительность.«Чем выше эффективность ячейки, тем больше потери», — сказал Шридхара. «Чтобы минимизировать эти потери, необходимо разработать точные технологические рецепты. Также может потребоваться разработка дополнительных процессов для пассивирования обрезных кромок ».

Пассивация кромок

Такие процессы пассивирования кромок еще не применялись на коммерческой основе, но концепция была подтверждена на этапе исследований. «Невозможно полностью предотвратить рекомбинацию кромок, независимо от того, какая технология отсечения ячеек используется», — сказал Томас Кислинг, старший эксперт по продукции в 3D-Micromac.«Однако, используя пассивацию кромок после резки ячеек, она может быть значительно уменьшена, а максимальный эффект на чистые и гладкие кромки достигается только термическим лазерным разделением».

Немецкий исследовательский институт Fraunhofer ISE исследовал возможность последующей пассивации кромок и разработал свою «технологию пассивирования кромок» (ПЭТ), которую он описывает как «обработку отдельных кремниевых солнечных элементов, состоящую из осаждения оксида алюминия с последующим отжигом. . » Подробности этого процесса были впервые опубликованы в 2020 году в журнале IEEE Journal of Photovoltaics.В своем первом раунде экспериментов Fraunhofer ISE проверила процесс на краях ячеек PERC, разделенных на шесть частей для черепицы, используя как TLS 3D-Micromac, так и механический процесс разметки и разрушения. Было обнаружено, что в то время как оба процесса резки вызвали потерю примерно 1,2% фактора псевдонаполнения (pFF) ячеек, после пассивации краев разрезанные TLS ячейки показали увеличение pFF до 0,7%, в то время как механически разделенные ячейки были ограничены только Улучшение на 0,3%.

Технология гетероперехода

Некоторые производители неохотно интегрируют процессы разрезания ячеек с технологией гетероперехода, ожидая, что разрез приведет к повреждению слоев пассивирования ячеек (что, вероятно, так и будет, учитывая, что многие процессы разметки и разрушения работать при высоких температурах).Однако дальнейшая работа Fraunhofer ISE подтверждает, что, по крайней мере, с процессом TLS потеря производительности вызвана в основном созданием новых непассивированных краев, а не повреждением или дефектами ячеек. «Температура скола TLS намного ниже точки плавления кремния, что ограничивает воздействие на слой гидрогенизированного аморфного кремния», — отметил Кислинг.

Эксперименты показывают, что ячейки с гетеропереходом особенно страдают после резки, но также являются отличными кандидатами для улучшения с помощью пассивации краев.В то время как монофациальные клетки PERC показали потерю pFF на 0,3% после разрезания на опоясывающий лишай с помощью TLS, двусторонние клетки HJT зарегистрировали потерю pFF на 2,1%. Последняя работа группы, опубликованная в августе 2021 года, показывает, что в лабораторном масштабе пассивация краев полуэлементов HJT в сочетании с легким вымачиванием для активации краевого пассивирующего слоя оксида алюминия повысила эффективность полуэлементов с 21,7%. до 22,1%, что аналогично начальной эффективности полной ячейки. Исследователь Fraunhofer ISE Пузант Балиозян отметил, что необходима дальнейшая работа, чтобы подтвердить причину более высоких потерь с ячейками HJT, и, хотя рекомбинация на краях является основным фактором, они не могут исключить другие, связанные с архитектурой ячейки или ее более высокой начальной производительностью.«Но мы можем сказать, что с помощью технологии пассивирования кромок и технологии легкого пропитывания мы показали преимущество по сравнению с одним процессом разделения», — сказал он.

Масштабирование

Кислинг видит в этом явное свидетельство необходимости безаварийных процессов резки. «Полосы черепицы, отделенные TLS, восстанавливают до 50% (относительных) от их первоначальной потери pFF, вызванной разделением после ПЭТ, и только 16% (относительные) восстанавливаются для полос разметки и разрывов», — сказал он. «Это доказывает, что для оптимального повышения эффективности после пассивации кромок необходима гладкая кромочная поверхность.Он также отметил, что аналогичные процессы исследуются в других местах в сообществе исследователей фотоэлектрических систем, указав на роль 3D-Micromac в финансируемом ЕС проекте Highlite, цель которого — продемонстрировать высокоэффективные схемы ячеек с черепицей для HJT и ячеек с обратным контактом. .

Подход Fraunhofer ISE к ПЭТ также подходит для различных архитектур ячеек, включая PERC, HJT и начальные результаты для TOPCon, с тонкой настройкой параметров процесса, необходимых для каждой из них.Но можно ли разработать крупномасштабный и рентабельный процесс — это другой вопрос. Балиозян и его коллеги сейчас работают с промышленными партнерами в рамках проекта под названием «Guten Morgen», чтобы исследовать применимость крупномасштабных процессов осаждения, заявляя, что получение высококачественной пассивации при низких температурах с помощью этих более крупных инструментов является одной из предстоящих задач. «Это наш следующий шаг, чтобы приблизить его к отрасли», — сказал Балиозян. «Но есть некоторые проблемы, связанные с тем, чтобы вообще не отказываться от качества.”

По мере развития технологий пассивация кромок, вероятно, будет приобретать все большее значение. Что касается того, как этот процесс может повлиять на пропускную способность и, в конечном итоге, на стоимость производства, Балиозян сказал, что пока рано говорить, но потенциал есть. «Как это технически происходит, все еще исследуется, но мы уверены, что эта тема имеет жизненно важное значение из-за повсеместного использования разрезанных ячеек», — пояснил он. «Это становится еще более важным с учетом трех основных факторов, которые являются растущими отраслевыми тенденциями: размер ячеек, начальные выходные значения и количество разделений.”

Результаты пассивации кромок в лабораторных масштабах пока обнадеживают, и эта концепция, безусловно, привлекла внимание отрасли, стремящейся опережать растущие проблемы. Производители ячеек и модулей, а также поставщики оборудования, такие как 3D-Micromac, уже проявляют интерес. «Долгосрочная цель — интегрировать пассивацию кромок в качестве дополнительного этапа обработки непосредственно в инструмент TLS после резки ячеек, мы зарезервировали для этого дополнительное место», — сказал Кислинг. «Пока технология пассивации кромок еще не коммерциализирована, и поэтому нам нужно будет посмотреть, как будет выглядеть оборудование, когда оно будет доступно для массового производства, особенно с точки зрения занимаемой площади.”

Этот контент защищен авторским правом и не может быть использован повторно. Если вы хотите сотрудничать с нами и хотели бы повторно использовать часть нашего контента, свяжитесь с нами: [email protected].

Допирование улучшает характеристики перовскитных солнечных элементов — pv magazine International

Некоторые из крупнейших в мире производителей солнечных фотоэлектрических модулей предупреждают о надвигающейся нехватке панелей, но австралийские исследователи заявили, что отрасль сейчас приближается к новому поколению дешевых , устойчивые и эффективные солнечные элементы.

7 октября 2021 г. Дэвид Кэрролл

Из журнала pv Australia

Исследователи из Университета Квинсленда (UQ) заявили, что достижения в технологии наноматериалов позволили им производить солнечные элементы на основе перовскита, которые по эффективности не уступают обычным. кремниевые элементы, но без высокой стоимости и сложных производственных процессов.

В то время как кремниевые солнечные элементы продолжают доминировать на рынке, перовскитные солнечные элементы привлекают огромное внимание из-за их потенциала высокой эффективности и низкой стоимости производства.Однако у технологии все же есть недостатки, в том числе плохая долговременная стабильность.

Исследовательская группа UQ, базирующаяся в Австралийском институте биоинженерии и нанотехнологий, использовала нанолисты карбида титана, легированные цезием (Cs), для изготовления перовскитных солнечных элементов, которые, по их утверждениям, обеспечивают КПД до 21,57%, с «отличной» термическая стабильность ».

«Наш теоретический и экспериментальный анализ показывает, что цезий играет важную роль в улучшении кристаллизации перовскита и, таким образом, приводит к увеличенным кристаллическим зернам, долгоживущим носителям заряда и уменьшению рекомбинации зарядов», — заявили ученые.

Руководитель исследовательской группы профессор Джо Шаптер сказал, что результаты, опубликованные в журнале Cell Reports Physical Science, показывают, что эффективность и термическая стабильность легированных ячеек значительно превосходит те, которые не были легированы.

«PSC с легированными элементами показали замечательную эффективность преобразования солнечной энергии, превышающую 21%», — сказал он. «Это вселяет в нас надежду, что солнечная энергия может и дальше развиваться и совершенствоваться как одна из самых эффективных технологий возобновляемой и устойчивой энергетики.

Шаптер сказал, что исследование, в котором участвовали ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны в Швейцарии и Университета Гриффита в Квинсленде, направлено на острую потребность в альтернативных источниках энергии, способных обеспечить эффективное и надежное производство энергии.

«Солнечные элементы на основе кремния остаются доминирующим продуктом первого поколения, составляющим 90% рынка, но был высок спрос на элементы, которые можно было производить без их высокой цены и сложности», — сказал он.«Наши исследования вносят вклад в интенсивные усилия по разработке различных типов солнечных элементов с целью реализации эффективных, стабильных и недорогих заменителей существующей кремниевой технологии».

Результаты получены из-за того, что гиганты-производители солнечных модулей LONGi Green Energy, JinkoSolar, Trina Solar, JA Solar и Risen Energy предупреждают, что рост материальных затрат, включая цены на поликремний, который используется примерно в 98% солнечных фотоэлементов, может вызвать нехватку солнечных батарей.

В открытом письме, опубликованном ранее на этой неделе, китайские производители заявили, что их производство, как ожидается, сократится, поскольку растущие затраты, продолжающийся «кризис» отгрузки и введенные правительством ограничения сказываются на цепочке поставок.

Китайское правительство приказало заводам по переработке металлического кремния в стране сократить производство примерно до 70% из-за энергетического кризиса.

«Дефицит поставок сырья серьезный», — говорится в заявлении компаний. «Этот дисбаланс нарушит цепочку поставок и серьезно поставит под угрозу здоровое и устойчивое развитие отрасли.Цены тоже растут ».

Производители заявили, что цена на поликремний для солнечной энергии выросла за последние недели на 9,1%, в то время как цена на солнечное стекло также выросла на 18,2% в годовом исчислении. Также на 35% выросла стоимость клеевых пленок, используемых при производстве модулей.

Производители заявили, что из-за нехватки мощностей клиентам будет сложно выполнить поставленные задачи по установке, предупредив, что многие подписанные заказы будут потеряны.

«… отрасль оказалась в сложной ситуации», — сказали они.

Компании заявили, что они активно координируют ресурсы и прилагают все усилия для «стабилизации поставок», но они умоляли клиентов рассмотреть возможность откладывания проектов и избежать «спешки с установкой» в конце года.

Этот контент защищен авторским правом и не может быть использован повторно. Если вы хотите сотрудничать с нами и хотели бы повторно использовать часть нашего контента, свяжитесь с нами: [email protected].

Китай называет постановление ВТО «опасным» в споре с США о солнечных батареях.

Флаги Китая и США представлены на Китайской международной выставке торговли услугами (CIFTIS) в 2021 году в Пекине, Китай, 4 сентября 2021 года. REUTERS / Florence Lo

ЖЕНЕВА, 27 сентября (Рейтер) — Китай подверг критике Всемирную торговую организацию ( ВТО) постановила вместе с Соединенными Штатами по поводу мер Вашингтона по ограничению импорта солнечных панелей, назвав это «ошибочным и опасным» в понедельник.

Группа ВТО передала победу Соединенным Штатам в начале этого месяца, отклонив все четыре претензии Китая и заявив, что U.С. меры не нарушили правила мировой торговли. Китай заявил на прошлой неделе, что обжалует это решение. подробнее

На закрытом заседании делегат Китая выразил «глубокую озабоченность систематически вредными выводами, сделанными в отчете группы», говорится в заявлении китайской делегации.

«Ошибочный и опасный сигнал, посланный этим отчетом комиссии членам ВТО, приведет к злоупотреблению защитными мерами и, таким образом, серьезно подорвет основанную на правилах многостороннюю торговую систему», — добавили в нем, заявив, что решение может способствовать протекционизму.

Соединенные Штаты ввели систему тарифов и квот в 2018 году после того, как производители из США пожаловались на то, что импорт определенных фотоэлектрических элементов на основе кристаллического кремния увеличился до такой степени, что отечественной промышленности США угрожает серьезный ущерб.

«Защитные» меры должны действовать в течение четырех лет с ежегодным снижением ставок пошлин с начальных 30%. Пошлины распространяются на солнечные модули и, сверх установленной квоты, на солнечные элементы.

Апелляция Китая не будет иметь немедленного эффекта, поскольку у высшего органа ВТО по урегулированию споров недостаточно судей для работы.Это связано с тем, что администрация бывшего президента США Дональда Трампа заблокировала назначение судей в орган и парализовала его функции.

«Соединенные Штаты разочарованы тем, что Китай теперь решил продвигаться вперед, обжаловав доклад Группы, несмотря на неопровержимые доказательства разрушительных последствий нерыночной практики Китая …», — заявил делегат США на том же заседании Понедельник.

(Эта история была переработана, чтобы удалить повторяющуюся фразу в пункте 3)

Отчет Эммы Фардж

Наши стандарты: принципы доверия Thomson Reuters.

Монокристаллический против. Поликристаллические солнечные панели: что лучше?

При установке системы солнечной энергии для дома или бизнеса выбор между монокристаллическими или поликристаллическими солнечными панелями является важным шагом в процессе планирования. Но как решить, что подходит именно вам?

В этой статье мы разберем сходства и различия между двумя типы солнечных панелей, дополнительные расходы, эстетика, эффективность и многое другое, чтобы помочь вам определить лучший выбор для вашей солнечной установки.

Что такое монокристаллические и поликристаллические солнечные панели?

Монокристаллические и поликристаллические солнечные панели — два наиболее распространенных типа рецепторы солнечной энергии. Оба работают с использованием фотоэлементов из кремния — того же материала, который используется в микросхемах для электронных гаджетов. Разница между монокристаллическими и поликристаллическими солнечными элементами заключается в конфигурации кремния:

• Монокристаллические солнечные панели: Каждый фотоэлектрический элемент состоит из монокристалла кремния.Их иногда называют «моно солнечными панелями».
• Поликристаллические солнечные панели: Каждый фотоэлектрический элемент состоит из нескольких фрагментов кристаллов кремния, которые сплавлены вместе во время производства. Вы можете увидеть их под названием «поликристаллические панели» или «поли-панели».

Оба типа солнечных панелей имеют одну и ту же цель: преобразование солнечного света в электричество. Однако кристаллическая кремниевая структура отдельных солнечных элементов влияет на их характеристики и внешний вид.Фактически, вы можете определить тип панели, просто наблюдая за формой и цветом ее солнечных элементов.

Монокристаллические солнечные панели

Монокристаллические солнечные панели характеризуются своими черными фотоэлементами с закругленными краями. У них более высокая эффективность преобразования, чем у поликристаллических панелей, что означает, что они производят больше киловатт-часов электроэнергии. Если хотите установите систему солнечных батарей, но ваше пространство ограничено, монокристаллические панели будут более производительными на квадратный фут.

Пока они самые эффективные солнечные панели, они также и самые дорогие, поскольку процесс производства монокристаллических кремниевых элементов более сложен.

Поликристаллические солнечные панели

Поликристаллические солнечные панели имеют фотоэлементы синего цвета с прямыми краями. Они имеют более низкий КПД по сравнению с монокристаллическими ячейками, что означает, что вам нужно больше панелей для достижения той же выходной мощности. Однако и поликристаллические панели имеют более низкую цену, так как процесс их изготовления проще.

Поликристаллические панели очень прочные, но, как правило, служат немного меньше, чем монокристаллические. Также они больше страдают от высоких температур, что снижает их продуктивность в самые жаркие дни.

Монокристаллический против. Поликристаллические солнечные панели: основные отличия

Теперь, когда вы знаете основы монокристаллических и поликристаллических солнечных панелей, давайте обсудим, как работает каждый тип технологии солнечных панелей. В следующей таблице приведены наиболее важные различия между монокристаллическими и поликристаллическими солнечными панелями:

Фактор	Монокристаллические солнечные панели	Поликристаллические солнечные панели
Силиконовая композиция	Один чистый кристалл кремния	Многие кремниевые фрагменты слились вместе
Стоимость	Более дорогой	Дешевле
Внешний вид	Панели имеют черный оттенок	Панели имеют синий оттенок
КПД	Более эффективным	Менее эффективны
Срок службы	25-40 лет	20-35 лет
Температурный коэффициент	Более низкий температурный коэффициент, делает их более эффективными в тепле	Более высокий температурный коэффициент, делает их менее эффективными при нагревании

Стоимость панели солнечных батарей

Силиконовая структура каждой солнечной панели является основным фактором, определяющим стоимость.Чтобы произвести поликристаллические панели, производители должны просто разлить расплавленный кремний в квадратные формы, а затем разрезать полученные пластины на отдельные ячейки. С другой стороны, чтобы производить монокристаллические солнечные элементы, затвердевание кремния необходимо очень тщательно контролировать. Из-за более сложного производственного процесса монопанели дороже.

Вот несколько моментов, о которых следует помнить стоимость солнечных панелей:

• Монокристаллические солнечные панели имеют более высокую стоимость, если сравнивать только панели.
• Стоимость инверторов, проводки, электрической защиты, стеллажа и рабочей силы одинакова для обоих типов солнечных панелей.
• Поскольку монокристаллические панели более эффективны, вы можете получить более высокую прибыль на свои инвестиции.
• Домовладельцы имеют право на федеральную налоговую скидку на солнечную энергию, независимо от того, выбирают ли они моно- или поли-панели.

КПД и температурный коэффициент

Как уже упоминалось выше, монокристаллические солнечные панели имеют более высокий КПД.Однако это не означает, что поликристаллические солнечные панели являются неполноценным продуктом — вы можете найти качественные солнечные панели обоих типов. Вот еще несколько фактов об эффективности:

• Когда солнечная панель имеет более высокий КПД, она преобразует больший процент солнечного света в электричество.
• По состоянию на 2021 год поликристаллические панели имеют типичный КПД ниже 20%, в то время как лучшие монокристаллические панели приближаются к 23%.
• Вам потребуется больше поликристаллических панелей для достижения определенной мощности в киловатт-часах в месяц, поскольку их эффективность ниже.
• Все солнечные панели временно теряют эффективность при повышении температуры, но монокристаллические солнечные элементы меньше подвержены влиянию тепла.

Температурный коэффициент показывает, насколько солнечные панели подвержены влиянию температуры. Все солнечные панели проходят заводские испытания в одних и тех же Стандартных условиях испытаний (STC) для обеспечения справедливого сравнения.

Как правило, поликристаллические солнечные панели имеют более высокие температурные коэффициенты, что означает, что они теряют больше производительности при нагревании.Однако по мере совершенствования технологий в настоящее время появляются солнечные панели обоих типов с одинаково низкими температурными коэффициентами.

Эффективность солнечной панели не является критическим фактором, когда у вас много свободного места. Поскольку поликристаллические панели имеют более низкую цену, установка большего количества, чтобы компенсировать более низкую эффективность, не является проблемой. Однако, когда у вас ограниченное пространство, установка дополнительных панелей не является вариантом, поэтому монокристаллические панели максимизируют производство электроэнергии на доступной площади.

Внешний вид и срок службы

Внешний вид солнечных элементов также является результатом их кремниевой структуры, поскольку она определяет, как они взаимодействуют с солнечным светом и как они воспринимаются человеческим зрением. Монокристаллическая структура монокристаллических ячеек придает им черный цвет, а поликристаллические ячейки — синий.

Оба типа солнечных панелей имеют длительный срок службы, а срок их окупаемости во многих случаях составляет менее пяти лет. Производители солнечных батарей обычно предлагают 25-летнюю гарантию производства электроэнергии, но некоторые бренды теперь имеют 30-летнюю гарантию.

Монокристаллические или поликристаллические солнечные панели лучше всего подходят для вас?

Каждый тип солнечная панель имеет преимущества и недостатки, и вы можете получить отличную окупаемость с помощью обоих. Однако, чтобы облегчить ваш выбор, при выборе лучших солнечных панелей для вашего дома учитывайте следующие факторы:

Хотите солнечные батареи определенного цвета? Имейте в виду, что монокристаллические панели — черные, а поликристаллические — синие.Если вы предпочитаете одно другому, вы можете купить солнечные панели на свой вкус.

Сколько места у вас есть для солнечных батарей? Точные размеры домашних солнечных панелей зависят от их марки и производителя. Типичные размеры составляют 65 на 39 дюймов, что эквивалентно 17,6 квадратных футов на панель, но монокристаллические панели предлагают больше ватт на квадратный фут. Вот упрощенный пример того, как вы можете установить больше киловатт в заданной области, используя монокристаллические панели:

• Вы можете обнаружить, что поликристаллическая панель дает 300 Вт, тогда как монокристаллическая панель такого же размера дает 350 Вт.
• Если у вас есть место для 20 из них, вы получите 7 кВт с монокристаллическими панелями, но только 6 кВт с поликристаллическими панелями.

Как выглядит ваш бюджет и варианты финансирования? Поликристаллические солнечные панели более доступны, но монокристаллические более производительны. Если у вас есть доступ к солнечной ссуде с выгодными процентными ставками, вы можете профинансировать солнечную установку и выплатить ссуду деньгами, сэкономленными на счетах за коммунальные услуги.В этом случае дополнительная стоимость монокристаллических панелей не является проблемой.

Кроме того, не забудьте сравнить несколько солнечных цитат. Монокристаллические солнечные панели дороже по отдельности, но вы также должны учитывать другие компоненты системы и затраты на установку. Могут быть случаи, когда полная установка монокристаллических панелей на самом деле дешевле, даже если одна панель стоит дороже.

Чтобы начать сравнивать затраты, вы можете получить бесплатное предложение с расценками на ведущая компания по установке солнечных батарей в вашем районе, заполнив 30-секундную форму ниже.

Другие типы солнечных панелей

Монокристаллические и поликристаллические солнечные панели являются наиболее распространенными, но это не единственные доступные типы. Вы также найдете тонкопленочные солнечные панели, которые имеют совершенно другой производственный процесс:

• Вместо кристаллических солнечных элементов они используют фотоэлектрический материал, который наносится тонкими слоями.
• Существует множество подтипов тонкопленочных солнечных панелей в зависимости от их фотоэлектрического материала.Наиболее распространены теллурид кадмия (CdTe), диселенид меди, галлия, индия (CIGS) и аморфный кремний.
• Поскольку тонкопленочные солнечные панели не делятся на элементы, они имеют однородную поверхность без разделов.
• В большинстве гибких солнечных панелей используются тонкопленочные солнечные элементы.

Основным недостатком тонкопленочных солнечных панелей является то, что они намного менее эффективны, чем поликристаллические или монокристаллические панели. Это означает, что вы должны покрыть большую площадь тонкопленочными солнечными панелями, чтобы достичь определенного уровня выработки киловатт-часов.

FAQ: Монокристаллический против. Поликристаллические солнечные панели

Какой тип солнечной панели лучше: монокристаллический или поликристаллический?

И монокристаллические, и поликристаллические солнечные панели имеют определенные плюсы и минусы, а это означает, что лучший выбор для вас будет зависеть от вашего конкретного проекта. Монокристаллические панели рекомендуются, когда пространство ограничено и вы готовы вложить больше средств для достижения максимальной эффективности. С другой стороны, поликристаллические солнечные панели рекомендуются, когда вы хотите снизить первоначальные затраты, а место не является ограничением.

Монокристалл дороже поликристалла?

Если сравнивать цены на отдельные солнечные панели, то монокристаллические изделия дороже. Однако, сравнивая расценки на завершенные солнечные системы, вы можете обнаружить схожие затраты на киловатт для обеих технологий. Это связано с тем, что из-за их высокой эффективности вам нужно будет покупать меньше монопанелей в целом.

В чем разница между поликристаллическими и монокристаллическими солнечными панелями?

Поликристаллические солнечные панели имеют синие элементы, состоящие из нескольких кристаллов кремния, и они менее эффективны, но более доступны.Монокристаллические панели имеют черные ячейки из монокристаллов, и они предлагают более высокую эффективность по более высокой цене.

Какая разница в цене между монокристаллическими и поликристаллическими солнечными панелями?

Эта разница в цене между монокристаллическими и поликристаллическими солнечными панелями варьируется в зависимости от конкретных сравниваемых моделей солнечных панелей. Однако в целом разница в цене сопоставима с разницей в эффективности — монокристаллические панели примерно на 20% эффективнее, но они также стоят примерно на 20% дороже.

Рекомендуется сравнить расценки на полные солнечные энергетические системы, поскольку они включают в себя все остальные компоненты системы и затраты на их установку.

Леонардо Дэвид — инженер-электромеханик, MBA, консультант по вопросам энергетики и технический писатель . Его опыт консультирования по вопросам энергоэффективности и солнечной энергии охватывает такие сектора, как банковское дело, текстильное производство, переработка пластмасс, фармацевтика, образование, пищевая промышленность, фаст-фуд, недвижимость и розничная торговля.С 2015 года он также пишет статьи на энергетические и инженерные темы.

Как хлор стабилизирует солнечные элементы следующего поколения в атомном масштабе

Доктор Афшан Джамшайд демонстрирует перовскитные солнечные элементы. Слой перовскита зажат в центре между другими функциональными слоями солнечного элемента. Предоставлено: Окинавский институт науки и технологий, аспирантура.

Группа исследователей под руководством профессора Ябинга Ци из отдела энергетических материалов и наук о поверхности Окинавского института науки и технологий аспирантуры (OIST) в Японии изобразила атомы на поверхности светопоглощающего слоя нового типа. солнечных элементов нового поколения, сделанных из кристаллического материала, называемого металлогалогенидным перовскитом.

Их результаты, опубликованные в журнале Energy & Environmental Science , раскрыли давнюю загадку в области солнечной энергетики, показав, как усиливающий энергию и повышающий стабильность хлор включается в перовскитовый материал.

В мире, который сейчас подпитывается потребностью в чистой, зеленой энергии, солнечная энергия является жизненно важным путем выхода из климатического кризиса.А металлогалогенные перовскиты — перспективный материал, который, как надеются многие исследователи, однажды затмит или дополнит кремниевые солнечные элементы, доминирующие в настоящее время на рынке.

«Перовскиты потенциально могут быть дешевле, эффективнее и универсальнее, чем кремний», — сказал первый автор доктор Афшан Джамшайд, бывший доктор философии. студент факультета энергетических материалов и наук о поверхности OIST.

Но в настоящее время перовскитные солнечные элементы страдают от проблем с эффективностью, масштабируемостью и стабильностью, что сдерживает их коммерциализацию.Доктор Джамшайд объяснил, что высокие температуры, влажность и ультрафиолетовое излучение могут разрушить перовскитовый материал, снижая его способность преобразовывать световую энергию в энергию.

В течение последнего десятилетия исследователи уделяли пристальное внимание решению этих проблем. Одним из способов улучшения перовскитных солнечных элементов было использование легирующих добавок — небольших следов другого химического вещества, которые добавляются в процессе создания слоя кристаллов перовскита. Добавки изменяют физические и химические свойства материала, повышая стабильность и эффективность солнечного устройства.

Одной из таких присадок является хлор, который, как было показано, увеличивает срок службы перовскитных солнечных элементов и повышает их эффективность преобразования энергии. Но до сих пор оставалось загадкой, как действует эта присадка.

Исследователи использовали сканирующую туннельную микроскопию для изображения поверхностного слоя перовскита, легированного хлором. Темные углубления показывают, где хлор (Cl) включается в кристаллическую решетку, заменяя йод (I). Предоставлено: Окинавский институт науки и технологий, аспирантура.

«Исследовательское сообщество не понимало, почему они увидели эти улучшения.После добавления исследователи не могли отслеживать хлор — они не могли сказать, был ли хлор включен глубоко в перовскитовый материал, остался на поверхности или даже покинул материал во время производственного процесса », — сказал д-р Джамшайд. 50% населения считали, что хлор присутствует, а остальные 50% — нет ».

В ходе исследования исследовательская группа наконец разрешила спор, создав тонкие пленки из металлогалогенидного перовскита, метиламмоний иодида свинца, которые были легированы хлором.Они использовали передовую сканирующую туннельную микроскопию для изображения поверхности слоя перовскита.

«Только увеличив масштаб до атомного уровня, мы наконец смогли обнаружить, что хлор действительно был там, только в очень низкой концентрации», — сказал д-р Джамшайд.

Команда обнаружила, что на поверхности были темные углубления, которых не было в пленках перовскита из чистого метиламмония иодида свинца.

Благодаря теоретическим расчетам, выполненным соавторами профессором Ваньцзян Инь и докторомZhendong Guo из Университета Сучжоу в Китае, исследователи пришли к выводу, что эти темные углубления означают, что хлор, который меньше по размеру, заменил слабосвязанный йод в кристаллической структуре перовскита.

Исследовательская группа также заметила, что больше этих темных вмятин образовалось вокруг границ зерен в перовскитной пленке.

Слой перовскита не является однородной кристаллической решеткой, а состоит из множества различных кристаллических зерен. Именно из-за этих трещин между зернами, называемых границами зерен, перовскит по своей природе настолько нестабилен.

Когда хлор включается в кристаллическую структуру перовскита, поверхность слоя перовскита вдавлена. Это связано с меньшим размером хлора, что приводит к разнице в высоте между хлором и йодом. Предоставлено: Окинавский институт науки и технологий, аспирантура.

«Наибольшая деградация из-за ультрафиолетового света, температуры или влаги происходит на этих границах зерен, так как ионы здесь связаны гораздо слабее», — сказал д-р Джамшайд.

Команда подозревает, что повышенное присутствие хлора вокруг границ зерен может объяснить дополнительную стабильность и эффективность материала за счет уменьшения количества дефектов на поверхности.

Важно отметить, что исследователи обнаружили, что, когда они изменяли концентрацию хлора в перовскитной пленке, изменяя продолжительность осаждения хлора, структура поверхности и электронные свойства материала также менялись.

При кратчайшем времени осаждения команда не смогла обнаружить хлор на поверхности перовскитового материала.А при самом продолжительном времени осаждения хлор образовывал дополнительный слой ионов поверх перовскита, который резко изменял электронные свойства.

Исследователи смогли определить промежуточное время осаждения, которое достигло наилучшего результата — обеспечивая оптимальную концентрацию хлора — около 14,8% — на поверхности. Эта концентрация обеспечивала высокую стабильность перовскитового материала.

Следующим шагом исследовательской группы является изготовление полного солнечного элемента, содержащего слой перовскита, легированный этой оптимальной концентрацией хлора.

«Вот почему такие фундаментальные исследования так важны — они помогают разработчикам устройств определить наиболее оптимальный производственный процесс без особых проб и ошибок», — сказал д-р Джамшайд. «Понимание того, как добавки улучшают материал, также может помочь нам найти новые химические смеси, которые могут работать еще лучше».

---

Фторэтиламинная инженерия для эффективной пассивации повышает эффективность перовскитных солнечных элементов

---

Дополнительная информация: Афшан Джамшайд и др., Исследование в атомном масштабе повышенной стабильности поверхности перовскита йодида свинца метиламмония путем контролируемого осаждения хлорида свинца, Energy & Environmental Science (2021).DOI: 10.1039 / D1EE01084K Предоставлено Окинавский институт науки и технологий

Ссылка : Как хлор стабилизирует солнечные элементы следующего поколения в атомном масштабе (2021, 10 сентября) получено 10 октября 2021 г.