Что такое желтые кристаллы для энергии?

Желтые кристаллы набирают популярность как альтернативные источники энергии. Они поглощают солнечный свет и преобразуют его в электричество с помощью процесса, называемого фотоэлектрическим эффектом. Желтый цвет обусловлен определенными примесями в кристаллической структуре, которые помогают оптимизировать поглощение света. Некоторые распространенные желтые кристаллы, используемые для солнечной энергетики, включают теллурид кадмия, селенид галлия-индия меди (CIGS) и перовскиты. В этой статье мы рассмотрим, что делает эти кристаллы полезными для энергетики, а также некоторые из их ключевых свойств и применений.

Теллурид кадмия

Теллурид кадмия (CdTe) является одной из ведущих тонкопленочных фотоэлектрических технологий на рынке. Он состоит из кадмия и теллура, связанных вместе для формирования кристаллической структуры. Некоторые ключевые факты о CdTe:

• Ширина запрещенной зоны 1,45 эВ, близка к оптимальной для поглощения солнечного света
• Высокий коэффициент поглощения, что означает, что он сильно поглощает свет
• Может быть нанесен в виде тонкой пленки на такие подложки, как стекло или пластик
• Коммерческие модули преобразуют солнечный свет в электричество с эффективностью более 21%
• Относительно низкие производственные затраты по сравнению с кремниевыми панелями

Высокая эффективность и низкая стоимость CdTe делают его привлекательным для крупномасштабных солнечных ферм и солнечных установок на крышах. Кристаллическая пленка имеет толщину всего несколько микрон, что позволяет панелям быть легкими и гибкими. Некоторые проблемы для CdTe включают токсичность из-за дефицита кадмия и теллура. Но методы переработки позволяют извлечь более 90% материалов для повторного использования.

Селенид меди, индия, галлия

Селенид меди, индия, галлия (CIGS) — это еще один тонкопленочный фотоэлектрический элемент, изготовленный из смеси элементов меди, индия, галлия и селена. Вот некоторые ключевые сведения о CIGS:

• Настраиваемая ширина запрещенной зоны на основе соотношения Ga/In, оптимизируемая для поглощения солнечного излучения
• Высокий коэффициент поглощения, как у CdTe
• Может быть нанесен на гибкие подложки
• Продемонстрирована эффективность коммерческих модулей более 22%
• Потенциально низкие производственные затраты

Сочетание элементов позволяет оптимизировать ширину запрещенной зоны для производительности солнечных элементов. А гибкая тонкопленочная конструкция позволяет создавать легкие панели. Основными барьерами для широкого внедрения CIGS являются установленные мощности и источники сырья. Но CIGS является многообещающим кандидатом для следующего поколения солнечных батарей наряду с CdTe.

Перовскиты

Перовскиты становятся потенциальными прорывными фотоэлектриками. Они имеют отличительную кристаллическую структуру с формулой ABX3. Для солнечных элементов позиции A и B обычно занимают органические молекулы или неорганические катионы, такие как цезий, в то время как X представляет собой атом галогена. Вот некоторые захватывающие особенности перовскитных фотоэлектрических элементов:

• Настраиваемая ширина запрещенной зоны в видимом спектре
• Очень высокий коэффициент поглощения — тонкие пленки эффективно поглощают солнечный свет
• Можно печатать из раствора в гибкие тонкие пленки
• Уже продемонстрирована эффективность лабораторных ячеек более 25%
• Недорогое сырье и низкотемпературная обработка

За последнее десятилетие эффективность перовскитов резко возросла, превзойдя старые технологии. Настраиваемая ширина запрещенной зоны позволяет оптимизировать поглощение. А возможность печати раствором обеспечивает недорогое масштабируемое производство. Остаются некоторые проблемы, связанные с токсичностью, долговечностью и коммерциализацией. Но перовскиты могут изменить солнечную технологию в ближайшие годы.

Сравнение свойств солнечных элементов

Вот таблица, сравнивающая некоторые ключевые свойства солнечных элементов CdTe, CIGS и перовскит:

Мы видим, что каждая технология имеет сильные стороны в эффективности, настраиваемой запрещенной зоне и потенциале низкой стоимости. Перовскиты выделяются быстрым ростом эффективности и возможностью настройки.

Применение желтых кристаллов для энергетики

Эти желтые кристаллы нашли применение в области солнечной энергетики:

• Солнечные панели на крышах — тонкие пленки CdTe и CIGS идеально подходят для интеграции в солнечные панели на крышах. Их легкость, гибкость и эффективность делают их хорошо подходящими для жилых и коммерческих крыш.
• Солнечные фермы — Крупные солнечные фермы коммунального масштаба часто используют CdTe из-за его баланса эффективности и экономической целесообразности. CIGS и перовскиты имеют здесь потенциал по мере масштабирования производства.
• Автономное использование — Легковесность этих технологий позволяет использовать их в таких приложениях, как электроснабжение сельских деревень, спутников, дистанционного зондирования и многого другого без подключения к электросети.
• BIPV — Интегрированные в здания фотоэлектрические системы включают солнечную генерацию непосредственно в конструкции. CdTe, CIGS и перовскиты подходят для окон BIPV, фасадов, световых люков и кровли благодаря гибкости тонкой пленки.
• Транспорт — Тонкие, легкие желтые кристаллы могут интегрироваться в электромобили. Они могут увеличить дальность поездки и характеристики мощности, одновременно снизив вес транспортного средства.

Каждое применение выигрывает от высокой степени преобразования солнечного света в электричество этими кристаллами, а также от их тонких, гибких форм-факторов. Мы можем ожидать, что их использование в солнечной энергии будет расширяться по мере снижения производственных затрат с течением времени.

Перспективы на будущее

Желтые кристаллы, такие как CdTe, CIGS и перовскиты, представляют собой светлое будущее для солнечной фотоэлектричества. Их уникальные свойства предлагают преимущества по сравнению с традиционными кремниевыми панелями:

• Тонкие, легкие и гибкие конструкции
• Потенциал для очень низких производственных затрат
• Высокое поглощение солнечного света и настраиваемые запрещенные зоны
• Постоянное повышение эффективности за счет НИОКР

CdTe уже является основным игроком на крупных солнечных фермах, в то время как CIGS начинает набирать обороты. Перовскиты могут произвести революцию в отрасли с прогнозируемыми низкими затратами и высокой производительностью, если будут преодолены проблемы с долговечностью. В целом, эти желтые кристаллы помогут снизить стоимость солнечной энергии, увеличить ее внедрение и способствовать новым приложениям в обществе. Их уникальные характеристики делают их подходящими для формирования следующего поколения фотоэлектрических элементов.

Заключение

Подводя итог, можно сказать, что желтые кристаллы, такие как теллурид кадмия, CIGS и перовскиты, демонстрируют многообещающие свойства для генерации солнечной энергии. Их высокое поглощение солнечного света, настраиваемые запрещенные зоны, тонкие и гибкие форм-факторы и потенциал для низких производственных затрат делают их конкурентоспособными альтернативами традиционным кремниевым фотоэлектрическим элементам. Основные области применения включают солнечные батареи на крышах, солнечные фермы, использование вне сети, транспорт и интегрированные в здания установки. Достижения в области эффективности и коммерциализации позволят этим технологиям продолжать разрушать солнечный ландшафт. Желтые кристаллы готовы сыграть важную роль в обеспечении чистой возобновляемой энергии для питания планеты.