การจำแนกประเภทแบตเตอรี่โซลาร์ - แบตเตอรี่โซลาร์รุ่นที่สาม

การจำแนกประเภทแบตเตอรี่โซลาร์เซลล์ - แบตเตอรี่โซลาร์เซลล์รุ่นที่สาม

1. แบตเตอรี่เซลล์แสงอาทิตย์ที่ไวต่อสีย้อม

DSSCs เป็นประเภทของแบตเตอรี่ที่จำลองหลักการของการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชสีเขียวเพื่อเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้า DSSCs ของเหลวประกอบด้วยอิเล็กโทรดแสง, อิเล็กโทรไลต์ของเหลว และอิเล็กโทรดแสงสะท้อน อิเล็กโทรดแสงหลักเตรียมชั้นฟิล์มเซมิคอนดักเตอร์ที่มีรูพรุนบนวัสดุฐานที่นำไฟฟ้าและติดตั้งชั้นของสารไวแสง; อิเล็กโทรดแสงสะท้อนหลักเตรียมชั้นของวัสดุเร่งปฏิกิริยาที่มีแพลตินัมหรือคาร์บอนบนวัสดุฐานที่นำไฟฟ้า ในอิเล็กโทรดแสง, วัสดุอิเล็กโทรดหลักคือ TiO2 เมื่อชั้นของสารไวแสงที่มีคุณสมบัติการดูดซับแสงที่ดีถูกติดตั้งบนพื้นผิวของ TiO2 สถานะพื้นฐานของสารไวแสงจะดูดซับแสงและกลายเป็นสถานะที่กระตุ้น จากนั้นสารไวแสงที่อยู่ในสถานะที่กระตุ้นจะฉีดอิเล็กตรอนเข้าสู่วงจรการนำของ TiO2 การแยกของพาหะจะเสร็จสมบูรณ์และถูกส่งไปยังอิเล็กโทรดตรงข้ามผ่านวงจรภายนอก 3- ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์จะได้รับอิเล็กตรอนจากอิเล็กโทรดตรงข้ามและถูกลดลงเป็น I- และสารไวแสงที่ถูกออกซิไดซ์หลังจากการฉีดอิเล็กตรอนจะกลับสู่สถานะพื้นฐานโดย I- I- เองจะถูกออกซิไดซ์เป็น I3- ดังนั้นจึงเสร็จสิ้นวงจรทั้งหมด.
DSSCs มีข้อดีในเรื่องการสังเคราะห์ที่ง่ายและแหล่งวัสดุที่หลากหลาย แต่ส่วนใหญ่ของ DSSCs ใช้อิเล็กโทรไลต์ของเหลว ซึ่งมีแนวโน้มที่จะเกิดการกัดกร่อนที่อิเล็กโทรด การรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์ และความเสถียรของแบตเตอรี่ที่ไม่ดี เพื่อตอบสนองต่อปัญหาข้างต้น นักวิจัยได้มีความก้าวหน้าในการพัฒนาสารไวแสงอินทรีย์บริสุทธิ์และ DSSCs แบบสถานะแข็ง สำหรับ DSSCs สาเหตุที่ทำให้ประสิทธิภาพยากที่จะปรับปรุงคือ สารไวแสงที่มีอยู่ไม่สามารถใช้ประโยชน์จากโฟตอนอินฟราเรดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้มีประสิทธิภาพการดูดซับแสงต่ำ ดังนั้น จุดสนใจของการวิจัยในอนาคตจะมุ่งไปที่การพัฒนาสารไวแสงที่มีประสิทธิภาพ เสถียร ราคาถูก และไม่ใช้รูทีเนียม ที่ตอบสนองต่อแสงใกล้อินฟราเรด นอกจากนี้ การปรับปรุงความสามารถในการขนส่งอิเล็กตรอนภายในแบตเตอรี่ การเตรียมอิเล็กโทรไลต์สถานะแข็งที่มีประสิทธิภาพสูงและทนทาน การค้นหาอิเล็กโทรดต่อต้านที่ไม่ใช้ Pt ที่มีราคาถูก และการปรับปรุงอายุการใช้งานโดยรวมของแบตเตอรี่ก็มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการส่งเสริม DSSCs ด้วยเช่นกัน.

2. แบตเตอรี่โซลาร์เซลล์เพอโรฟสไกต์

การเพิ่มขึ้นของ PSCs มาจากการพัฒนาของ DSSCs ความแตกต่างคือ PSCs ใช้วัสดุผสมประเภทเพอโรสไคต์อินทรีย์/อนินทรีย์แทนโมเลกุลสีย้อมอินทรีย์เป็นวัสดุดูดซับแสง PSCs ประกอบด้วยชั้นหนาแน่นนาโนผลึก ชั้นกิจกรรมเพอโรสไคต์ ABX3 (X=Cl-, Br-, I-), ชั้นขนส่งหลุม และอิเล็กโทรดตรงข้าม ชั้นดูดซับแสง ABX3 มีโครงสร้างสามมิติที่เป็นแบบทั่วไป A แทนไอออนอะมีนอินทรีย์ (CH3NH3+) ที่อยู่ในศูนย์กลางของลูกบาศก์; B แทนแคตไอออนโลหะที่สามารถประสานเพื่อสร้างออคตาเฮดรอน เช่น Pb+, Nb+, Ti4+, Fe3+ เป็นต้น; X แทนแอนไอออนที่สามารถประสานกับ B เพื่อสร้างออคตาเฮดรอน โดยทั่วไปคือ Cl-, Br-, I- และไอออนฮาโลเจนอื่น ๆ ออคตาเฮดรอนฮาโลเจนในวัสดุเพอโรสไคต์ประเภทนี้เชื่อมต่อกันแบบร่วมยอดเพื่อสร้างโครงสร้างเครือข่ายสามมิติที่มีเสถียรภาพ วิธีการเตรียมวัสดุเพอโรสไคต์หลัก ๆ ได้แก่ วิธีการละลาย, วิธีการระเหยร่วม, วิธีการละลายที่ช่วยด้วยก๊าซ และวิธีการแลกเปลี่ยนภายในโมเลกุล.
ตั้งแต่การแนะนำ PSCs ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแสงไฟฟ้าได้เพิ่มขึ้นในอัตราเกือบเชิงเส้น แสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่ยิ่งใหญ่ของ แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ แม้ว่าประสิทธิภาพของ PSCs จะสูง แต่ความเสถียรก็แย่มาก ด้วยเหตุนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงค้นหาวิธีการหลากหลายเพื่อแก้ปัญหาความเสถียร ผิวของอุปกรณ์ PSCs ถูกเคลือบด้วยชั้นของโพลีเมอร์ไวแสงฟลูออรีนโดยการพอลิเมอไรเซชันที่เกิดจากรังสีที่กระตุ้นด้วยแสงที่อุณหภูมิห้อง ชั้นของวัสดุเคลือบหลายฟังก์ชันนี้ทำให้ส่วนหน้าของอุปกรณ์ PSCs มีคุณสมบัติการทำความสะอาดตัวเองและการเรืองแสง และรับประกันว่าส่วนหลังของอุปกรณ์ PSCs มีคุณสมบัติซูเปอร์ไฮโดรโฟบิก ซึ่งไม่อนุญาตให้ผิวของอุปกรณ์ PSCs เป็นซูเปอร์ไฮโดรโฟบิก ซึ่งได้รับผลกระทบจากไอน้ำในอากาศ ภายใต้สภาวะแสงที่มองเห็นได้ โฟโตโพลีเมอร์จะปล่อยแสง UV ออกมาอีกครั้ง ทำให้ PSCs มีประสิทธิภาพสูงถึง 19% ภายใต้การส่องสว่างมาตรฐาน การทดสอบได้ดำเนินการเป็นเวลา 6 เดือนภายใต้สภาวะแวดล้อมของอากาศและอิทธิพลทางฟอโตเคมี และผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติทางแสงไฟฟ้าของ PSCs ยังคงรักษาไว้ได้ดีในทุกด้าน แสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ประเภทนี้กำลังปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ดังนั้น งานในอนาคตควรเป็นการกำหนดมาตรฐานการทำงานของแบตเตอรี่ประเภทนี้ เช่น ข้อกำหนดด้านความเสถียร มาตรฐานการทดสอบการเสื่อมสภาพ เป็นต้น ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยี PSCs อาจจะแซงหน้าแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางและกลายเป็นมือใหม่ในอุตสาหกรรมโฟโตโวลตาอิก.

3. แบตเตอรี่โซลาร์เซลล์ควอนตัมดอท

ควอนตัมดอทเป็นนาโนวัสดุที่มีมิติเป็นศูนย์ ซึ่งหมายความว่ามิติทั้งสามของควอนตัมดอทมีขนาดเล็กกว่าความยาวคลื่นเดอ บรอยล์ของอิเล็กตรอนในวัสดุขนาดใหญ่ การเคลื่อนไหวของอิเล็กตรอนภายในในทุกทิศทางถูกจำกัด นั่นคือ ผลกระทบจากการกักขังควอนตัมมีความเด่นชัดเป็นพิเศษ เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุขนาดใหญ่แบบดั้งเดิม ข้อดีของควอนตัมดอทคือผ่านผลกระทบจากการอุโมงค์เรโซแนนซ์ มันสามารถปรับปรุงอัตราการเก็บเกี่ยวของพาหะที่เกิดจากแสงในแบตเตอรี่ ซึ่งจะเพิ่มกระแสไฟฟ้า; โดยการปรับขนาดและรูปร่างของควอนตัมดอท ระดับพลังงานของควอนตัมดอทจะถูกปรับให้เหมาะสมและการจับคู่กับสเปกตรัมแสงอาทิตย์จะเพิ่มอัตราการดูดซับแสง บางควอนตัมดอท (เช่น PbSe) สามารถดูดซับโฟตอนพลังงานสูงหนึ่งตัวเพื่อสร้างคู่ของอิเล็กตรอน-หลุมหลายคู่ นั่นคือ ผลกระทบมัลติ-อิเล็กตรอน ทฤษฎีคาดการณ์ว่าประสิทธิภาพของ QDSC แบบจุดเดียวสามารถถึง 44% ซึ่งสูงกว่าขีดจำกัดของชอคเลย์-ควิเซอร์สำหรับแบตเตอรี่แสงอาทิตย์ซิลิคอนอย่างมาก.
ตั้งแต่เริ่มต้นควอนตัมดอทได้แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่ไม่เหมือนใคร เช่น แหล่งวัสดุที่หลากหลาย ช่องว่างพลังงานที่ปรับได้ และประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแสงที่สูง ซึ่งทั้งหมดนี้บ่งชี้ว่า QDSCs มีศักยภาพที่ยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแบตเตอรี่ประเภทนี้เกี่ยวข้องกับสนามขนาดไมโคร กระบวนการผลิตและข้อกำหนดจึงค่อนข้างสูง และหลักการการขนส่งอิเล็กตรอนภายในยังอยู่ในระยะการวิจัย ส่งผลให้ประสิทธิภาพของมันต่ำกว่าประเภทแบตเตอรี่อื่น ๆ แต่แบตเตอรี่ประเภทนี้มีศักยภาพที่ไม่มีใครเทียบได้กับแบตเตอรี่ประเภทอื่น สำหรับแบตเตอรี่โซลาร์ประเภทนี้ การวิจัยในปัจจุบันมุ่งเน้นไปที่การเลือกวัสดุ การปรับแต่งอุปกรณ์ และกลไกการขนส่งอิเล็กตรอนภายในเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและเสถียรภาพของ QDSCs.

หลังจากการพัฒนาและปรับปรุงมากว่าครึ่งศตวรรษ แบตเตอรี่โซลาร์เซลล์ซิลิคอนผลึกมีประสิทธิภาพและเสถียรภาพสูง ในอนาคตอันยาวนาน แบตเตอรี่โซลาร์เซลล์ซิลิคอนผลึกยังคงครองอุตสาหกรรมโฟโตโวลตาอิกอยู่ จุดสนใจของงานในอนาคตจะมุ่งเน้นไปที่การทำให้กระบวนการผลิตแบตเตอรี่โซลาร์ง่ายขึ้นและลดต้นทุนการผลิตแบตเตอรี่ เพื่ออำนวยความสะดวกในการส่งเสริมแบตเตอรี่โซลาร์เซลล์ซิลิคอนผลึกต่อไป ในขณะเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์ยังได้พัฒนาแบตเตอรี่โซลาร์ฟิล์มบางหลายประเภท เช่น แบตเตอรี่โซลาร์ฟิล์มบาง GaAs, CdTe, CTGS เป็นต้น เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่โซลาร์เซลล์ซิลิคอนผลึก ต้นทุนการผลิตของแบตเตอรี่โซลาร์ฟิล์มบางลดลงอย่างมาก และประสิทธิภาพก็ใกล้เคียงกับแบตเตอรี่โซลาร์เซลล์ซิลิคอนผลึกมากขึ้น อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่โซลาร์ฟิล์มบางส่วนใหญ่มีองค์ประกอบที่หายากหรือเป็นพิษ ซึ่งนำไปสู่ปัญหาด้านความปลอดภัย โมดูลเคมีเชิงพาณิชย์ยังต้องการการแก้ไขและตรวจสอบ ดังนั้นงานติดตามจึงต้องปรับปรุงกระบวนการ (เช่น การเจือปน เป็นต้น) เพิ่มประสิทธิภาพ ลดต้นทุนการผลิต และปรับปรุงเสถียรภาพ เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่โซลาร์เซลล์สองประเภทก่อนหน้า แบตเตอรี่โซลาร์เซลล์รุ่นที่สามมีแนวโน้มการใช้งานและศักยภาพในการพัฒนาที่สูงกว่า แต่เนื่องจากการมีส่วนร่วมในด้านจุลภาค กระบวนการผลิตและข้อกำหนดจึงซับซ้อนมากขึ้น และกลไกการขนส่งประจุที่ผิวสัมผัสต้องการการสำรวจเพิ่มเติม.