Kas PV 3.0 ajastu on kätte jõudnud?

Arvutuste kohaselt piisab ühest tunnist päikesekiirgusest maa peal energiast, et maailm toita terve aasta. Alates teisest tööstusrevolutsioonist on inimkond katsetanud, kuidas päikeseenergiat kasutada. 1839. aastal avastasid prantsuse füüsikud fotogalvaanilise efekti; 1876. aastal avastasid Briti teadlased, et elektrit saab toota seleeni pooljuhile päikesevalguse kiirgamisel; ja 1893. aastal valmistasid Ameerika insenerid maailma esimese päikesepatarei, mis oli küll vaid 1 protsendi efektiivsusega samm edasi.

Edmond Becquerel, esimene prantsuse füüsik, kes avastas fotogalvaanilise efekti

Tänapäeval, enam kui sajand pärast päikesepatareide kasutuselevõttu, on kaubanduslike päikesepatareide keskmine muundamise efektiivsus endiselt madal ning keeruline ja kulukas tootmisprotsess on suuresti piiranud nende kasutamist erinevates valdkondades. Õnneks on viimastel aastatel fotogalvaanika valdkonnas toimunud mitmeid positiivseid arenguid, läbimurdeid uue põlvkonna päikesepatareide tõhususes ning teadlased usuvad kindlalt, et fotogalvaanika 3.0 ajastu on käes.

Levinud ränipõhine päikesepatarei on P-tüüpi ja N-tüüpi pooljuhtmaterjal, mis on omavahel ühendatud PN-siirde moodustamiseks, mis moodustab päikesevalguse paneeli tabamisel auk-elektron-paari ja elektrivoolu tekitamiseks lülitatakse sisse ahel. Praegu on 90 protsenti kõigist päikesepaneelidest ränipõhised. Päikesepaneelide tootmiseks on kõige kriitilisem materjal räni, mida maakeral leidub külluses, kuid päikesepaneelide valmistamiseks tuleb see puhastada 99,9999 protsendini või enamgi. See viib paratamatult selleni, et kogu ränipõhiste päikesepaneelide tootmisprotsess on keeruline, saastav ja kulukas. Seega ei ole ränipõhised päikesepaneelid fotogalvaanilise energia tootmiseks mõistlik valik. Ilmunud on uue põlvkonna kaltsiumtitaanmaagi elemendid, mis mitte ainult ei suurenda oluliselt muundamise efektiivsust, vaid on ka palju lihtsamad ja tõhusamad toota ning piisavalt õhukesed, et pool pudelit kaltsiumtitaanmaagi vedelikku saaks terve maja toita. , ja mis kõige tähtsam, selle tootmine on väga odav!

Mis on siis kaltsiumtitaniidist päikesepaneel?

Kalkogeniidi all mõeldakse tegelikult kõiki ABX3 ühendeid, mille kristallstruktuur sarnaneb kogu maakeral laialt levinud kalkogeniidiga. Kalkogeniidist päikesepaneelid ei ole tundlikud lisandite suhtes ja üle 20-protsendise konversioonitõhususe võib saavutada umbes 90-protsendilise puhtusega.

Ühendina saab selle koostist reguleerida nii, et erineva lainepikkusega sissetuleva valguse jaoks saab luua erinevaid kalkogeniidi kihte, mis võib oluliselt suurendada fotogalvaanilise energia muundamise efektiivsust. Erinevalt ränipõhistest päikesepaneelidest võib kalkogeniidil olla mitu kihti PN-ühendusi, mis võimaldab kalkogeniidpaneelide tõhusust virnastada. Teoreetiliselt võib kalkogeniid saavutada konversioonitõhususe kuni 86,8 protsenti, kuid mida rohkem kihte on, seda kõrgemad on tootmiskulud ja seda väiksem on paratamatult ka kaubanduslik tulu, seega on kaubanduse puhul peamine kaalutlus. Laboratooriumi kalkogeniidpaneelid on kihid kaks korda virna laduda, mis on kalkogeniidi tõeline müügiargument.

Tegelikult on teadlased kalkogeniidiga tegelenud juba üle kümne aasta, kuid selle kristallstruktuuri ebastabiilsuse ja lühikese eluea tõttu ei saavutatud olulisi edusamme kuni selle aasta juunini, mil Princetoni ülikooli teadlased teatasid, et on välja töötanud esimene kaubanduslikult elujõuline kalkogeniidist päikesepatarei, mis tähistab olulist verstaposti taastuvenergia alastes inimuuringutes. Maailma Majandusfoorum on nimetanud kaltsiumtitaanimaagi üheks "10 areneva tehnoloogia hulka, mis muudavad inimelu".