Clasificación de la batería solar - Baterías solares de tercera generación

Clasificación de Baterías solares - Baterías solares de tercera generación

1. Baterías solares sensibilizadas por colorante

Las DSSC son una clase de baterías que simulan el principio de la fotosíntesis de las plantas verdes para convertir la energía solar en electricidad. Los DSSC líquidos se componen principalmente de fotoánodo, electrolito líquido y fotocátodo. El fotoánodo prepara principalmente una capa de película semiconductora porosa sobre el material del sustrato conductor y adhiere una capa de colorante fotosensibilizante; el fotocátodo prepara principalmente una capa de material catalítico que contiene platino o carbono sobre el material del sustrato conductor. En el fotoánodo, el material del electrodo es principalmente TiO2. Cuando una capa de colorante fotosensibilizador con buenas propiedades de absorción de luz se adhiere a la superficie de TiO2, el estado fundamental del colorante absorbe la luz y se convierte en un estado excitado, y luego el colorante en estado excitado inyecta electrones en la banda de conducción de TiO2. La separación de los portadores se completa y se transmite al contraelectrodo a través del circuito externo. El 3- en la solución de electrolito recibe electrones en el contraelectrodo y se reduce a I-, y el tinte oxidado después de la inyección de electrones se convierte en el estado fundamental por I-. El propio I- se oxida a I3-, completando así todo el ciclo.
Los DSSC tienen las ventajas de una síntesis simple y una amplia gama de fuentes de materiales, pero la mayoría de los DSSC usan electrolitos líquidos, que son propensos a la corrosión de los electrodos, a las fugas de electrolitos y a una estabilidad deficiente de la batería. En respuesta a los problemas anteriores, los investigadores han logrado algunos avances en el desarrollo de sensibilizadores orgánicos puros y DSSC de estado sólido. Para los DSSC, la razón por la cual la eficiencia es difícil de mejorar es que los sensibilizadores de colorante existentes no pueden utilizar de manera efectiva los fotones infrarrojos, lo que resulta en una baja eficiencia de absorción de luz. Por lo tanto, el enfoque de la investigación futura será desarrollar sensibilizadores de colorantes no basados ​​en rutenio, eficientes, estables y económicos que respondan a la luz infrarroja cercana. Además, mejorar la capacidad de transporte de electrones dentro de la batería, preparar electrolitos de estado sólido duraderos y de alta eficiencia, encontrar contraelectrodos económicos que no sean de platino y mejorar la vida útil general de la batería también son de gran importancia para la promoción de DSSC. .

2. Baterías solares de perovskita

El auge de las PSC proviene del desarrollo de las DSSC, la diferencia es que las PSC utilizan materiales híbridos orgánicos/inorgánicos de tipo perovskita en lugar de moléculas de tinte orgánico como materiales absorbentes de luz. Los PSC están compuestos por una capa densa nanocristalina, una capa activa de perovskita ABX3 (X = Cl-, Br-, I-), una capa de transporte de agujeros y un contraelectrodo. La capa absorbente de luz ABX3 tiene una estructura tridimensional típica. A representa un ion de amina orgánica (CH3NH3+) que ocupa el centro del cuerpo de un cuboctaedro; B representa un catión metálico que puede coordinarse para formar un octaedro, como Pb+, Nb+, Ti4+, Fe3+, etc.; X representa un anión que puede coordinarse con B para formar un octaedro, generalmente Cl-, Br-, I- y otros iones halógenos. Los octaedros de halógeno en este tipo de material de perovskita están conectados entre sí para formar una estructura de red tridimensional estable. Los métodos de preparación de materiales de perovskita incluyen principalmente el método de solución, el método de coevaporación, el método de solución asistida por fase gaseosa y el método de intercambio intramolecular.
Desde la introducción de los PSC, la eficiencia de conversión fotoeléctrica ha aumentado a un ritmo casi lineal, lo que demuestra el gran potencial de tales Baterías solares . A pesar de la alta eficiencia de las PSC, la estabilidad es extremadamente pobre. Por esta razón, los científicos buscan una variedad de métodos para resolver el problema de la estabilidad. La superficie del dispositivo PSC está recubierta con una capa de polímero fotosensible fluorado mediante polimerización radical inducida por la luz a temperatura ambiente. Esta capa de material de revestimiento multifuncional dota a la parte frontal del dispositivo de PSC de propiedades luminiscentes y de autolimpieza, y garantiza que la parte posterior del dispositivo de PSC tenga propiedades superhidrofóbicas, lo que no permite que la superficie del dispositivo de PSC sea superhidrofóbica. Influenciado por el vapor de agua en el aire. En condiciones de luz visible, el fotopolímero vuelve a emitir luz ultravioleta, lo que hace que las PSC tengan una eficiencia del 19 % con iluminación estándar. Se llevaron a cabo pruebas durante 6 meses en condiciones ambientales de aire e influencia fotoquímica, y los resultados mostraron que las propiedades fotoeléctricas de las PSC se mantuvieron bien en todos los aspectos, lo que indica que el rendimiento de este tipo de baterías solares mejora constantemente. Por lo tanto, el trabajo futuro debe ser estandarizar los estándares de trabajo de este tipo de batería, como las especificaciones de estabilidad, los estándares de prueba de envejecimiento, etc. Con el avance de la tecnología, los PSC pueden superar a las baterías solares de película delgada y convertirse en un novato en el sector fotovoltaico. industria.

3. Baterías solares de punto cuántico

Los puntos cuánticos son nanomateriales de dimensión cero, lo que significa que las tres dimensiones de los puntos cuánticos son todas más pequeñas que la longitud de onda de De Broglie de los excitones de los materiales a granel. El movimiento de sus electrones internos en todas las direcciones está restringido, es decir, el efecto de confinamiento cuántico es particularmente pronunciado. En comparación con los materiales a granel tradicionales, la ventaja de los puntos cuánticos es que a través del efecto de túnel de resonancia, puede mejorar la tasa de recolección de los portadores fotogenerados en la batería, aumentando así la corriente; al ajustar el tamaño y la forma de los puntos cuánticos, el nivel de energía de los puntos cuánticos se optimiza y la coincidencia del espectro solar aumenta la tasa de absorción de luz. Algunos puntos cuánticos (como el PbSe) pueden absorber un fotón de alta energía para generar múltiples pares de agujeros de electrones, es decir, el efecto multiexcitón. La eficiencia prevista teóricamente de las QDSC de unión única puede alcanzar el 44 %, superando con creces el límite de Shockley-Queisser de las baterías solares de silicio.
Desde sus inicios, los puntos cuánticos han mostrado sus ventajas únicas, como una amplia gama de fuentes de materiales, bandas prohibidas ajustables y alta eficiencia de conversión fotoeléctrica, todo lo cual indica que las QDSC tienen un gran potencial. Sin embargo, debido a que este tipo de batería involucra el campo de la microescala, el proceso de fabricación y los requisitos son relativamente altos, y el principio de transporte interno de electrones aún se encuentra en la etapa de investigación, lo que resulta en una eficiencia mucho menor que la de otros tipos de baterías. Pero este tipo de batería tiene un potencial sin igual de otras baterías. Para este tipo de baterías solares, la investigación actual se centra principalmente en la selección de materiales, la optimización del dispositivo y el mecanismo de transporte interno de electrones para mejorar la eficiencia y la estabilidad de las QDSC.

Después de más de medio siglo de desarrollo y mejora, las baterías solares de silicio cristalino tienen una alta eficiencia y estabilidad. Durante mucho tiempo en el futuro, las baterías solares de silicio cristalino seguirán dominando la industria solar fotovoltaica. El enfoque del trabajo futuro es principalmente simplificar el proceso de fabricación de la batería solar y reducir el costo de fabricación de la batería, a fin de facilitar una mayor promoción de las baterías solares de silicio cristalino. Al mismo tiempo, los científicos también han desarrollado una variedad de baterías solares de película delgada, como GaAs, CdTe, baterías solares de película delgada CTGS, etc. En comparación con las baterías solares de silicio cristalino, el costo de producción de las baterías solares de película delgada se reduce considerablemente y la eficiencia se acerca cada vez más a la de las baterías solares de silicio cristalino. Sin embargo, la mayoría de las baterías solares de película delgada contienen elementos raros o tóxicos, lo que genera problemas de seguridad. Comercial El módulo químico aún debe corregirse e inspeccionarse, por lo que el trabajo de seguimiento debe mejorar aún más el proceso (como el dopaje, etc.), mejorar la eficiencia, reducir los costos de producción y mejorar la estabilidad. En comparación con los dos tipos anteriores de baterías solares, las baterías solares de tercera generación tienen mayores perspectivas de aplicación y potencial de desarrollo, pero debido a su participación en el campo microscópico, el proceso de fabricación y los requisitos son más complicados, y el mecanismo de transporte de carga interfacial necesita para ser explorado más a fondo.