文摘
在对抗全球变暖,这是至关重要的想办法生产能源,不污染环境。清洁能源生产最好的解决方案是一个太阳能电池,它使用几种类型的材料从阳光发电。在本文中,您将了解什么是太阳能电池,它用于什么,它是如何工作的。最近我也会呈现一个突破性的发现在这个领域:一个新的、改变游戏规则的材料称为钙钛矿。这种材料不仅降低太阳能电池的成本,但是让我们使用太阳能电池的方式是前所未有的可能,如太阳能窗户;手机和汽车充电器等等。太阳能是清洁、无污染的能源。我们也不需要考虑如何从一个地方运输到另一个从太阳无处不在。另外重要的一点是,太阳在这里,只要我们都在这里,所以我们只需要使用它对我们的需求和产生清洁能源。太阳能电池的主要清洁能源存在,今天我们必须找到如何使用它的方式在不同的应用程序。
太阳能电池是什么?
一个太阳能电池工作的基础上光电效应,当光照射到一种特殊的吸光物质,称为半导体。随着半导体吸收光,它创造了负电荷(电子)和正电荷(孔)。电子和空穴相互吸引,他们聚集在一起,他们在光的形式释放能量。如果我们能单独的电子和空穴和防止他们走到一起,我们可以使用它们来发电。这是太阳能电池所基于的原则。
太阳能电池的图1是由半导体材料的吸收光。上方和下方的半导体材料是两个额外的材料之一,吸引电子(电子传输材料),另一个吸引孔(孔运输材料)。太阳能电池的底部是一层玻璃,太阳能电池在一起。
- 图1 -太阳能电池是如何工作的。
- 阳光透过玻璃进入细胞。当阳光照射半导体材料,它产生的电子和空穴的分离,因此发电。电线连接到太阳能电池的电荷产生电流,然后可以用于任何目的。
当阳光穿过玻璃,它击中的半导体材料层,产生电子和空穴。电子和空穴被拉向相反情况电子传递物质拉电子在一个方向上,和其他运输材料把洞的洞。这些指控流过电线连接到太阳能电池,产生电力,可用于任何目的。
钙钛矿是什么?
最近,一位半导体材料钙钛矿被发现。这种材料在太阳能电池工作。它的一个主要优势是,它是非常简单的准备,这意味着太阳能电池可以以相对低的成本相比,今天存在的太阳能电池的成本。
钙钛矿最初是在1839年发现了作为矿物,由德国矿物学家古斯塔夫玫瑰。这是俄罗斯矿物学家Lev Perovsky命名,谁发现了它的结构。原钙钛矿矿物包含几个元素:钙(Ca),钛(Ti)和氧(O)。钙钛矿也称为钛酸钙(比率3)。
在其原始形式,钙钛矿含有氧气,提供他主要磁性、宽禁令差距不适用于太阳能电池。例如,它不能吸收广泛的光,在阳光下不导电良好。几年前,然而,研究人员发现了一个突破。他们准备了一个non-oxygen-based钙钛矿在实验室,他们测试用于太阳能电池(2]。这个新的钙钛矿都携带电荷的光和是在黑暗中导电。新材料也可以吸收各种波长。这些特点非常适合于太阳能电池。
为什么是钙钛矿特殊?
新形式的钙钛矿的发现以来,科学家已经了解更多有趣的事情。例如,它可以吸收特定波长的光通过改变其化学(3]。我们如何使用它我们的利益?如果我们知道哪个波长的光吸收,我们希望我们的材料我们可以设计太阳能电池,它吸收光的一部分,一部分让光线穿过。这种材料可以用于创建太阳能窗户,这将是半透明的,像普通窗户,像太阳能电池发电。这只是一个例子钙钛矿的方法可用于太阳能电池。
钙钛矿另一个有趣的地方是,它可以在低气温准备80°C和数百名度对于今天的太阳能电池。这是非常重要的,因为低温度大大降低了生产成本。同时,能够准备一个太阳能电池在较低温度下可以建立灵活的太阳能电池,因为柔性基板不能保持高温。柔性太阳能电池可用于多种领域,如汽车工业、农业、手机等等。例如,这些太阳能电池可以充电的手机,而不需要连接到一个外部电源。
建立一个独特的Perovskite-Based太阳能电池
这种太阳能电池如何建造的?太阳能电池是基于金属氧化二氧化钛、二氧化锆和伊藤。这种太阳能电池,如所示图2,我们使用纳米粒子manbetxapp在线登录这些氧化的金属。纳米颗粒是manbetxapp在线登录非常小的粒子在纳米尺寸。几层的纳米颗粒是由打印机打印在一张玻璃(持有整个太阳能电池manbetxapp在线登录没有这层玻璃不能团结一致),制成一张多孔(满小洞)。这种纳米结构非常thin-only几微米的厚度(1微米= 0.000001米)。钙钛矿然后传播到这个薄片,它渗入所有纳米颗粒之间的空间完成太阳能电池。manbetxapp在线登录
- 图2 -太阳能电池的结构。
- 太阳能电池是由几层所图。(图片来源:1]]。
测试Perovskite-Based太阳能电池
测量太阳能电池的工作有多好,我们使用一种灯,模仿阳光。能源范围和灯的光谱相似的阳光,因此灯模拟光(4]。在测试期间,一种叫做电压表的装置连接到太阳能电池,测量电流产生的细胞。电压表的数据,我们可以创建一个图表,描述了效率,太阳能电池的输出,和其他特征。
任何新技术的太阳能电池的一个重要因素是稳定,或太阳能电池可以工作在不降低其性能。我们要确保我们开发的太阳能电池将为至少20年工作,没有任何问题。但是我们不能等待20年,看看他们仍然工作!因此,我们进行各种测试,可以告诉我们如何稳定的太阳能电池,它是否会严重条件下工作了20年。在图3你可以看到,在我们的测试中,太阳能电池保持稳定了40天。这给了我们一个很好的迹象表明这些细胞将运营约20年没有失败。所以等有前途的特点、钙钛矿太阳能电池表现出良好的稳定性。
![图3——我们perovskite-based太阳能电池保持稳定超过40天在我们的测试中,这意味着他们可能会持续20年在现实世界中[图信贷:[1]]。](https://www.frontiersin.org/files/Articles/1091175/frym-11-1091175-HTML/image_m/figure-3.jpg)
- 图3——我们perovskite-based太阳能电池保持稳定超过40天在我们的测试中,这意味着他们可能会持续20年在现实世界中[图信贷:[1]]。
- y轴的图形代表了太阳能电池的电气参数。一旦这些参数的值不放弃这意味着太阳能电池是稳定的。
总结
可再生能源,如太阳能和风能,在对抗气候变化越来越重要。在太阳能领域,科学家和工程师们一直在努力开发更便宜、更高效的太阳能电池。太阳能电池含有矿物质钙钛矿已被证明是非常有效的,和测试表明,这些细胞很可能继续工作长达20年。Perovskite-based太阳能电池技术先进迅速在短短几年中,使这一技术在现有的太阳能技术上处于世界领先地位。研究人员确信,钙钛矿技术可用于许多独特的新方法,包括农业和建筑,汽车,手机,等等。这个特定的太阳能电池技术提出了工作打开可能使用太阳能电池几乎无处不在,随时因其简单的制造技术,成本低,多功能性的钙钛矿。
术语表
太阳能电池:↑从阳光/光发电。
光电效应:↑光能量的影响的过程产生积极和消极指控在一个材料,可以分离和用来发电。
半导体:↑一种光敏材料,导电时的光和作为绝缘体在黑暗中(不导电)。
电子传输材料:↑材料,进行电子。
孔运输材料:↑材料,进行漏洞。
钙钛矿:↑用于太阳能电池的半导体材料。
金属氧化:↑含有氧原子的金属。
纳米粒子manbetxapp在线登录:↑微小粒子(0manbetxapp在线登录.000000001米),在我们的案例中,结晶成多孔材料与成千上万的小洞。
的利益冲突
作者说,这项研究是在没有进行任何商业或金融关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
原始的文章
↑施耐德,。Efrati,。阿龙S。Sohmer, M。艾加,l . 2020。绿色能源,可恢复tripleoxide介孔钙钛矿光电。Proc。国家的。学会合作伙伴。美国的一个。117:31010-7。doi: 10.1073 / pnas.2013242117
引用
[1]↑施耐德,。Efrati,。阿龙,S。Sohmer, M。艾加,l . 2020。绿色能源,可恢复tripleoxide介孔钙钛矿光电。Proc。国家的。学会合作伙伴。美国的一个。117:31010-7。doi: 10.1073 / pnas.2013242117
[2]↑艾加,l . 2018。钙钛矿的价值维度;这可以取代三维金属卤化物钙钛矿吗?能源环境。科学。11:234-42。doi: 10.1039 / C7EE03397D
[3]↑科恩,b, E。李,Y。孟问。艾加,l . 2019。Dion-Jacobson二维钙钛矿太阳能电池基于苯dimethanammonium阳离子。纳米列托人。19:2588。doi: 10.1021 / acs.nanolett.9b00387
[4]↑Grancini G。Roldan-Carmona C。齐默尔曼,我Mosconi E。李,X。马提瑙,D。,等。2017。一年稳定的钙钛矿的太阳能电池的2 d / 3 d界面工程。Nat。Commun。8:15684。doi: 10.1038 / ncomms15684