Was ist eine Chalkogenid-Solarzelle?

Chalkogenid-Solarzellen sind Solarzellen, die Chalkogenid, einen metallorganischen Halogenid-Halbleiter, als lichtabsorbierendes Material verwenden und zur dritten Generation von Solarzellen gehören, die auch als New Concept Solar Cells bezeichnet werden.

Bislang werden die meisten Solarzellen aus Silizium hergestellt, da dieses Material sehr gut Licht absorbiert. Silizium-Paneele sind jedoch teuer in der Herstellung.

Wie ist die Struktur einer Chalkogenid-Solarzelle?

Wissenschaftler haben an einer Struktur aus Chalkogenid gearbeitet, um es zu einer Alternative zu Silizium zu machen. Ein echtes Chalkogenid, ein in der Erde vorkommendes Mineral, besteht aus Kalzium-, Titan- und Sauerstoffmolekülen, die speziell angeordnet sind. Materialien, die dieselbe Kristallstruktur aufweisen, werden als Chalkozitstrukturen bezeichnet.

Im Vergleich zu Strukturen, die gleichwinklig oder gleichplanar verbunden sind, scheint die Chalkositstruktur stabiler zu sein und die diffusive Migration von Defekten zu begünstigen. Infolgedessen hat Chalkogenid viele hervorragende physikalisch-chemische Eigenschaften, wie z. B. elektrokatalytische Eigenschaften und Lichtabsorption.

Vorteile von Chalkogenid-Solarzellen.

Chalkogenid-Strukturen eignen sich ideal als aktive Schicht für die Absorption von Licht in Solarzellen, da sie das Licht effizienter als Silizium und zu geringeren Kosten absorbieren. Auch die für die Integration von Chalkogenidstrukturen in Solarzellen erforderliche Ausrüstung ist relativ einfach. Sie können zum Beispiel in einem Lösungsmittel gelöst und direkt auf das Substrat gesprüht werden.

Chalkogenid-Solarzellen haben gegenüber Solarzellen auf GaAs- und Siliziumbasis mehrere wesentliche Vorteile.

Erstens gibt es Kostenvorteile. Als lichtabsorbierende Materialien werden preiswerte Chalkogenid-Photovoltaikmaterialien verwendet, deren Herstellungsverfahren wesentlich kostengünstiger ist als Galliumarsenid und kristallines Silizium.

Zweitens: der Vorteil der Flexibilität. Chalkogenid-Photovoltaikmaterialien in Solarzellen liegen in der Regel in Form dünner Schichten mit einer Dicke im Submikrometerbereich vor, die sich für den Bau flexibler Solarzellen eignen, so dass die Oberfläche des Biegeträgers vollständig genutzt werden kann.

Außerdem ist das hohe Energie-Masse-Verhältnis ein Vorteil. Chalkogenid-Solarzellen sind eine neue Klasse von Dünnschicht-Solarzellen, die leichter sind und eine höhere Energie pro Masseneinheit erzeugen, insbesondere flexible Chalkogenid-Solarzellen, die nachweislich ein sehr hohes Energie-Masse-Verhältnis (> 20 W g-1) aufweisen, das von anderen Arten von Solarzellen nicht erreicht werden kann.

Darüber hinaus haben Chalkogenidmaterialien ein gutes Strahlungswiderstandspotenzial. Es wurde berichtet, dass Chalkogenid-Halbleiter nach 1535 Stunden kontinuierlicher Bestrahlung mit 2,3Mrad Gammastrahlen (γ) eine bessere Strahlungsbeständigkeit aufweisen als Glas.

Aufgrund dieser Vorteile wird erwartet, dass sich Chalkogenid-Solarzellen zu einer neuen Generation von photovoltaischen Raumfahrttechnologien entwickeln werden.

Nachteile von Chalkogenid-Solarzellen.

Materialien, die aus Chalkogenidstrukturen bestehen, sollen Solarzellen revolutionieren, haben aber einen gravierenden Nachteil: Sie sind im Allgemeinen sehr instabil und ihre Leistung nimmt bei hohen Temperaturen ab. Dies stellt ein ernsthaftes Hindernis für ihre kommerzielle Nutzung dar.

Das Material ist giftig - Chalkogenid-Batteriematerialien enthalten Blei, obwohl Blei nichts im Vergleich zu Arsen, Gallium, Tellur und Cadmium ist, die in anderen Batterietypen enthalten sind. Die Northwestern University hat auch eine Kalziumtitanit-Solarzelle entwickelt, bei der Zinn anstelle von Blei verwendet wird. Der Wirkungsgrad dieser Zelle liegt jedoch nur bei 6 %, und das Material ist sehr instabil und befindet sich noch in einem frühen Stadium der Forschung und Entwicklung;

Das Material ist instabil - das Blei im Chalkogenid neigt zur Oxidation und zur Verflüchtigung von Jod, und die Kristalle zersetzen sich bei Kontakt mit Feuchtigkeit. Wenn wir eine Kalzium-Titanit-Batterie zur Stromerzeugung verwenden, ist es wahrscheinlich, dass sie zerfällt und auf das Dach oder in den Boden sickert;

Die Lebensdauer der Batterie ist nicht lang - die derzeit langlebigste Chalkogenid-Solarzelle beträgt 1000 Stunden und wurde in Zusammenarbeit mit der Huazhong University of Science and Technology und der École Polytechnique Fédérale de Lausanne entwickelt. Herkömmliche kristalline Siliziumzellen halten in der Regel 25 Jahre und damit wesentlich länger als Chalkogenidzellen.