新能源未来
卤化物太阳能板
在最近发表的研究中,佐治亚理工学院材料科学与工程学院团队表明,卤化物过氧化物太阳能电池的稳定性比以前想象的要差。该工作揭示了发生在电池界面层内的热不稳定性,但也为卤化物过氧化物太阳能技术的可靠性和效率提供了前进的道路。
卤化铅过氧化物太阳能电池有望将太阳光转换为电能,效果极佳。目前,从这些电池中哄骗出高转换效率的最常见策略是用被称为阳离子的大型正电离子处理其表面。这些阳离子太大,无法进入包晶石的原子尺度晶格,一旦落在包晶石晶体上,就会在它们沉积的界面上改变材料的结构。由此产生的原子级缺陷限制了从太阳能电池中提取电流的效率。尽管意识到了这些结构变化,但关于阳离子在沉积后是否稳定的研究是有限的,这使得人们对一个可能影响卤化物过氧化物太阳能电池长期生存能力的过程的理解出现了空白。
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为了进行实验,该团队使用典型的过氧化物薄膜创建了一个样品太阳能设备。首先,研究人员将预处理过的样品暴露在摄氏度的环境中40分钟,然后用X射线光电子能谱仪测量其化学成分的变化。他们还使用另一种类型的X射线技术,精确调查在薄膜表面形成何种类型的晶体结构。结合这两种工具的信息,研究人员可以直观地看到阳离子如何扩散到晶格中,以及界面结构在受热时如何变化。
接下来,为了了解阳离子引起的结构变化如何影响太阳能电池的性能,研究人员与乔治亚理工大学物理和化学教授合作,采用了激发相关光谱。该技术将太阳能电池样品暴露在非常快速的光脉冲下,并在每个脉冲后检测从薄膜中发射的光的强度,以了解光的能量是如何损失的。测量结果使研究人员能够了解什么样的表面缺陷对性能不利。最后,研究小组将结构和光电性能的变化与太阳能电池效率的差异联系起来。他们还研究了两种最常用的阳离子在高温下引起的变化,并观察了它们界面上的动力学差异。
点击添加图片描述(最多60个字)编辑研究人员了解到,用有机阳离子处理的金属卤化物过氧化物薄膜的表面在热应力作用下,结构和成分不断演变。他们看到,由此产生的界面上的原子级变化会导致太阳能电池的功率转换效率的有意义的损失。此外,他们发现这些变化的速度取决于所使用的阳离子的类型,这表明只要对分子进行适当的设计,稳定的界面可能是可以实现的。
月球风化层类似物
做太阳能电池板
近日,私人太空公司BlueOrigin展示了用模仿月球风化层的材料制造的太阳能电池板,该公司宣布其蓝色炼金术士工艺将允许在月球上建造太阳能电池板,而无需从地球运输材料。该技术涉及通过高温电解从铁、硅和铝中分离氧气。BlueOrigin表示,该过程可以扩展以支持任何级别的月球任务。
开发了自己的风化层,其化学成分类似于月球岩石。这些类似物经历了熔融风化层的电解过程,在该过程中,材料受到高温和电流的影响,以便将土壤的组成元素彼此分离。为此获得专利的传输子系统以可控且节能的方式移动和分离°C以上的熔融材料,可承受高温腐蚀环境。
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太阳能电池由非常纯的硅制成,因此最终产品可以有效地捕获阳光来发电。硅经过化学处理,当阳光的光子撞击面板表面时,它可以转移电子。
欧洲摆脱俄国石油
也计划摆脱中国太阳能
俄乌冲突不仅让欧洲陷入了混乱,而且还要高价购买美国的液化天然气和石油,如今美国媒体又在向欧洲发出了威胁,根据美国“华尔街日报”的报道,欧洲计划在年实现以太阳能为主的电力供应的局面,不过却有一个巨大的挑战,也就是在不依赖中国太阳能电池板的的条件之下实现目标。不仅如此,美国媒体直接向欧洲发出威胁,不许从中国进口太阳能电池板。
根据公开的资料显示,中国的太阳能电池板占据了世界市场的80%的份额,同时还提供了配套的组件产品,中国在太阳能电池板领域是处于垄断地位,为此美国媒体表示了担忧。面对中国在太阳能电池板组件领域的地位,欧盟需要制定对策,包括采用补贴欧盟产业或者从中国以外的国家进口太阳能电池板,从而可以摆脱对于中国的依赖。
点击添加图片描述(最多60个字)编辑目前欧盟内部缺乏支持太阳能电池板产业的政策,因此欧洲企业对于太阳能电池板的制造缺乏兴趣。美国媒体威胁欧洲,已经反映了美国的战略方向,就是试图打击中国的太阳能电池板产业。欧洲希望在年实现绿色能源占到45%的比例,为此需要大力推进太阳能发电项目,问题是,眼下能够做到吗?
实际上许多国家希望建立光伏生产能力并减少对中国的依赖。虽然由于效率提高和设备降价,在过去十年中这一做法的成本已经急剧下降,但所需的资本支出仍然很大,中国是制造太阳能光伏供应链所有组件的最具成本竞争力的地方。中国的成本比印度低10%,比美国低20%,比欧洲低35%。低成本电力是太阳能光伏供应链主要支柱竞争力的关键。电力占多晶硅生产成本的40%以上,在硅锭和晶圆中占近20%。目前,多晶硅生产所涉及的电力消耗约有80%分布在中国各省,平均电价约为每兆瓦时75美元,这比全球工业平均价格低近30%。
点击添加图片描述(最多60个字)编辑在中国建造光伏工厂,成本中最大的组成部分是设备,占所需资本支出的近三分之二。在过去十年中,多晶硅用量已从每瓦组件6.3克降至如今的每瓦2.7克,仅此一项的资本支出就减少了一半以上。中国的光伏厂商曾经要进口光伏制造设备,但现在大部分产自中国国内,供应商已经建立了相当的成本和规模优势。欧洲和美国目前没有垂直整合的光伏厂商,在这些地区建立光伏供应链,每GW的年装机容量将花费超过5亿美元。
由于设备和建筑成本更高,这一数值是中国水平的三倍多。欧盟能源专员今年早些时候表示,欧盟委员会将“不惜一切代价”将太阳能制造业带回欧洲。所以呢,欧洲真的有可能摆脱对中国光伏的依赖吗?
光伏组件制造
真空镀膜很重要
在太阳能电池的生产中,镀膜、刻蚀、封装是三大核心工艺环节:
镀膜:钙钛矿的制备工艺与其他薄膜电池类似,需要通过溶液涂布法、溶液喷涂法、气相沉积法等方式,制备高纯度、缺陷少、高覆盖率、致密的钙钛矿层薄膜与传输薄膜,以改善不同层结构之间的电学接触,减少传输过程中的损耗,实现高的电池转换效率。
刻蚀:通过多道激光刻蚀,可以构建钙钛矿电池中的电路结构,把多个钙钛矿电池串联成组件。
封装:目前的封装技术采用了类似晶硅的技术,主要是替换掉原本晶硅用的EVA胶膜,因为EVA是聚醋酸乙烯酯,它的聚合不可能%完成,里面一定会存在醋酸的残基,而醋酸会跟胺类反应成氨基酸,所以从原理上EVA不可用在钙钛矿,钙钛矿主要用POE材料。
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无论是哪种太阳能,都离不开表面镀膜:目前所有的技术方法,都不能很好的解决镀膜膜层均匀性的问题。喷涂法镀膜过程中,喷中心镀膜液富集多,造成花斑;表面刻蚀法因压花玻璃表面成分难以均一,导致刻蚀反应的速度不一致造成膜厚不均匀;即使均匀性辊涂法,受制于玻璃厚薄差、辊道传输抖动等多种因素的制约,也难以达到高精度的一致性。在镀膜均匀性无法进一步提高的情况下,其结果一方面造成组件的色差影响外观,另一方面由于镀膜玻璃各区域透光率不一致造成热斑效应,影响组件的耐久性。
点击添加图片描述(最多60个字)编辑针对这一问题,在制备太阳能电池时,一般是需要使用真空镀膜手套箱的:由真空镀膜系统和真空手套箱系统集成而成,可在高真空蒸镀腔室中完成薄膜蒸镀,并在手套箱高纯惰性气体氛围下进行样品的存放、制备以及蒸镀后样品的检测。在手套箱氮气环境里里旋涂钙钛矿前驱液,避免接触水和空气,可以直接通过连接藏舱将制备好的钙钛矿电池传到蒸发舱里,蒸发电极,全程实验都可以做到无水无氧的环境下操作。
点击添加图片描述(最多60个字)编辑方腔室自动门热蒸发镀膜机嵌入手套箱内,配套膜厚仪,分子泵,机械泵,4个蒸发源,合理的蒸发源布局,保证每个蒸发源到基片的距离完全一样,提高了成膜质量和均匀性;整套系统由真空镀膜系统和手套箱系统集成而成,可在高真空蒸镀腔室中完成薄膜蒸镀,并在手套箱高纯惰性气体氛围下进行样品的存放、制备以及蒸镀后样品的检测。主要用于太阳能电池钙钛矿、OLED和PLED、半导体制备等实验研究与应用。
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