Gambaran Keseluruhan Penjanaan Kuasa Solar
Secara umumnya, penjanaan kuasa solar adalah apabila elektrik dihasilkan oleh matahari bersinar ke bahan tertentu. Secara lebih terperinci, bahan semikonduktor digunakan dalam panel solar. Apabila radiasi solar melanda panel ini, foton diserap oleh bahan semikonduktor, yang menyebabkan elektron meningkat ke keadaan tenaga yang lebih tinggi. Elektron boleh berehat dan kembali ke keadaan tenaga asalnya (dengan kehilangan haba yang berkaitan), atau ia boleh bergerak melalui sel solar ke elektrod, di mana arus dijana. Kecekapan sel suria bergantung kepada beberapa aspek, termasuk:
- Bahan-bahan yang terdiri daripada mereka mempunyai bandgaps yang sesuai (iaitu rendah) bandgaps, yang bermaksud kurang tenaga diperlukan untuk 'merangsang' elektron
- Elektron yang sangat efisien, contoh tipikal adalah titanium dioksida
- Lubang yang kuat dan produktif mengangkut bahan-bahan, yang bertanggungjawab untuk pergerakan elektron ke elektrod dan pemisahan dan perencatan caj - ini adalah peranan yang pyrite biasanya bertindak dalam
- Deposit / pengeluaran filem menjadi proses yang cekap dengan seberapa sedikit kecacatan yang mungkin
Semikonduktor yang paling biasa digunakan dalam panel solar adalah silikon, tetapi silikon kesucian tinggi mahal untuk dihasilkan terutamanya pada skala yang diperlukan untuk menghasilkan tatasusunan solar memandangkan lapisan silikon perlu agak tebal. Pyrite adalah bahan yang telah menemui kejayaan yang pesat dalam percubaan penyelidikan dalam ruang penjanaan solar. Murah, boleh didapati secara meluas dan secara semulajadi sangat tulen terus keluar dari tanah, sifat-sifat seperti semikonduktor yang menarik telah diperhatikan.
Pyrite Dalam Sel Solar
Kebanyakan pembinaan sel solar berprestasi tinggi adalah apabila pyrite digunakan bersama semikonduktor lain. Penggunaan pyrite boleh meningkatkan sifat-sifat pengeluaran elektrik panel, atau ia boleh mengurangkan kos pembuatan, atau sering kali kedua-duanya. Walau bagaimanapun, pyrite telah terbukti berkesan sebagai sel fotoelektronik dalam haknya sendiri. Penyelidikan pertama diterbitkan di kawasan itu pada tahun 1984(3), tetapi sel solar pyrite hanya mempunyai kecekapan ca. 2.8%.
Peranti Kristal Tunggal
Menggunakan pyrite sahaja untuk pengeluaran sel solar adalah terhad dalam skop. Tahap kecekapan tertinggi yang ditemui oleh penyelidik untuk pyrite tunggal adalah 2%(4). Walaupun pyrite boleh didepositkan ke dalam filem yang 1,000 kali lebih nipis daripada filem silikon dan masih menyerap cahaya matahari, penyelidikan telah menunjukkan bahawa pada nano-skala, kecacatan permukaan kecil boleh berlaku dalam pemendapan pyrite, di mana beberapa atom sulfur 'hilang'(5).
Prestasi sel solar yang terdiri daripada pyrite adalah tertakluk kepada penyelidikan yang berterusan. Kajian menunjukkan bahawa faktor utama mengehadkan adalah 'kekosongan sulfur', di mana terdapat atom sulfur yang hilang dalam struktur kristal filem yang dihasilkan untuk pembuatan sel(6). Ini dilihat sebagai kurang masalah apabila pyrite tidak digunakan sendiri.
Sel Solar Perovskite
Sel solar perovskite adalah sel di mana penyerap utama cahaya adalah bahan dengan lapisan berstruktur perovskite, seperti halida timah. Dalam sel solar jenis perovskite, cadar pyrite telah digunakan sebagai bahan pengangkutan lubang. Pyrite sangat mahir pada fungsi ini, dengan beberapa penyelidikan melaporkan kecekapan penukaran kuasa 11.2% di mana perovskite adalah semikonduktor intrinsik, titanium dioksida adalah elektron penerima dan pyrite pengangkut lubang(7). Laporan yang sama mendakwa bahawa setiap meter persegi, filem pyrite adalah 300 kali lebih murah untuk dihasilkan daripada lubang lain yang mengangkut bahan-bahan seperti polimer poli-triarylamine. Selain itu, bahan pengangkutan lubang konvensional memerlukan doping kimia untuk memastikan tahap ketahanan yang mencukupi dan potensi ionik optimum (8) - doping tidak diperlukan untuk pyrite.
Penyelidikan telah menunjukkan kestabilan jangka panjang pyrite sebagai bahan pengangkutan lubang, dengan satu kajian menunjukkan kecekapan penukaran kuasa awal untuk sel pyrite/perovskite 12.8%, menurun hanya 8% selepas 1,000 jam dalam keadaan makmal (9). Pyrite nanoparticles untuk tujuan ini boleh didapati daripada rawatan hidrothermal yang dibantu gelombang mikro pyrite dalam kesucian yang tinggi (10).
Subset sel perovskite, sel heterojunction sering menggunakan sebatian kadmium. Cadmium sulfida adalah semikonduktor berprestasi tinggi dan boleh dibina menjadi sel solar sebagai filem bersama pyrite(11), walaupun teknologi sedemikian masih di peringkat awal pembangunan. Pyrite digunakan dalam pengertian ini sebagai lapisan menyerap solar dalam sel heterojunsi - bergantung kepada penyerapan optik unggul pyrite dan sifat responsif foto. Di bawah sinar harian simulasi, 94 mV elektrik dijana pada ketumpatan semasa 0.4 mA / cm2 - walaupun nombor rendah, ia jelas potensi pyrite sebagai penyerap solar(12), walaupun dengan filem-filem sebagai nipis sebanyak 100 nm. Data yang sama telah diperhatikan untuk cadmium telluride-iron pyrite heterojunction sel(13), sekali lagi dengan pyrite besi sebagai pengangkut lubang.
Kecekapan solar sebanyak 13.3% telah dilaporkan di mana pyrite (sebagai medium pengangkutan lubang) telah disimpan sebagai filem nipis bersama cadmium sulfide/cadmium telluride dalam sel perovskite(14), di sini, filem pyrite digunakan pada ketebalan 1 μm untuk mengelakkan sebarang isu berkaitan porosity filem. Salah satu daripada banyak sebab, telah dilaporkan, bahawa filem-filem pyrite nipis berkelakuan begitu baik serta medium pengangkutan lubang adalah bahawa mereka mempunyai ketumpatan lubang percuma yang tinggi dan fungsi kerja yang agak mendalam sekitar 5 eV (15).
Sel Solar Dye Sensitised (DSSC)
DSSCs adalah satu lagi kelas sel solar yang telah ditunjukkan untuk mendapat manfaat daripada kemasukan pyrite besi dalam pembuatan mereka. DSSCs adalah sel solar di mana semikonduktor dikisar antara anode fotoensitised dan elektrolit(16). Sel-sel filem yang nipis ini telah dibangunkan sejak awal tahun 1990-an. Untuk tujuan kerja ini, identiti 'pewarna' sebahagian besarnya tidak relevan. Salah satu sebab kos sel tersebut yang tinggi adalah elektrod platinum yang digunakan. Penyelidikan baru-baru ini menggantikan platinum dengan pyrite, dan bukan sahaja mengurangkan kos pembuatan tetapi memaparkan kecekapan penukaran 7.27% di bawah lampu 100 mW / cm 2(17). Kecekapan kuantum tinggi Pyrite(18) dan kestabilan jangka panjang dalam elektrolit cecair iodide DSSC (19) dilihat sebagai faktor penyumbang yang berharga. Kerja-kerja sedemikian dibina atas penggunaan sel iodin/cobalt redox hibrid dengan filem pyrite besi sebagai elektrod kaunter(20).
Subklas DSSC adalah di mana pyrite adalah dalam bentuk nanopartikle dan disalut dengan lapisan karbon nipis sebelum dijadikan filem, yang bertindak sebagai electrode balas bersama-sama dengan elektrolit merahoksida, bahan seperti titanium dioksida sebagai penerima elektron utama, dan semua dipasang di atas substrat seperti oksida timah fluorinated. Struktur sedemikian menggunakan pyrite dengan cara yang berbeza kepada borang helaian seperti yang dilihat dalam jenis sel lain, iaitu disalut dalam karbon, tetapi data kecekapan yang dilaporkan adalah sama seolah-olah elektrod kaunter adalah platinum konvensional(21). Salah satu kelebihan DSSCs adalah dalam pengeluaran mereka pada roll - manifold yang mana lembaran pyrite sesuai dengan baik - bermakna sel solar yang dihasilkan sangat nipis dan fleksibel.
You must be logged in to post a comment.