Materijali solarnih ćelija

Postoje mnoge vrste materijala za solarne ćelije, uključujući amorfni silicij, polikristalni silicij, CdTe, CuInxGa (1-x) Se2 i druge poluvodiče ili elemente od tri, pet i šest skupina povezanih zajedno. Ukratko, materijali koji stvaraju električnu energiju nakon osvjetljenja su materijali koje solarne ćelije traže.
Solarna stanica za punjenje električnih vozila uglavnom testira reakciju i apsorpciju svjetlosti kroz različite proizvodne procese i metode kako bi se postigao revolucionarni napredak u kombinaciji širokog energetskog jaza i omogućavanju pune apsorpcije kratke ili duge valne duljine, kako bi se smanjili troškovi materijala.
Postoje i vrste solarnih ćelija: tip supstrata ili tip tankog filma. Supstrat se može podijeliti u monokristalni tip ili ohladiti u polikristalne blokove nakon otapanja. Tip tankog filma može se bolje kombinirati sa zgradom. Ako postoji zakrivljenost ili fleksibilni tip ili presavijeni tip, materijal je obično amorfni silicij. Postoji i neka vrsta istraživanja i razvoja organskih ili nano materijala, što je još uvijek perspektivno istraživanje i razvoj. Stoga smo čuli za različite generacije solarnih ćelija: prva generacija na bazi silicija supstrata, druga generacija tankog filma, treća generacija novog koncepta istraživanja i razvoja i četvrta generacija kompozitnih filmskih materijala.
Prva generacija solarnih ćelija ima najduži razvoj i najzreliju tehnologiju. Može se podijeliti na monokristalni silicij, polikristalni silicij i amorfni silicij. Što se tiče primjene, monokristalni silicij i polikristalni silicij bili su većina.
Tankoslojne solarne ćelije druge generacije proizvode se postupkom tankog filma. Vrste se mogu podijeliti na kadmij telurid CdTe, bakar indij selenid CIS, bakar indij galij selenid CIGS, galij arsenid GaAs
Najveća razlika između baterije treće generacije i prethodne generacije je uvođenje organske tvari i nanotehnologije u proces proizvodnje. Postoje fotokemijske solarne ćelije, fotoosjetljive solarne ćelije na boju, polimerne solarne ćelije i nanokristalne solarne ćelije.
Četvrta generacija je stvaranje višeslojne strukture za tanki film koji apsorbira svjetlost iz baterije.
Neka tehnologija proizvodnje baterija. Ne može se proizvesti samo jedna vrsta baterije. Na primjer, u procesu polisilicija mogu se proizvesti i vrsta kristalne ploče silicija i vrsta tankog filma.
Uobičajeni polimerni materijali solarnih ćelija uključuju polivinilkarbazol (PVK), poliacetilen (PA), poli-fenilen vinilen (PPV) i politiofen (PTh).
(1) Polivinil karbazol (PVK)
Među polimerima s fotoelektričnom aktivnošću, PVK je najranije otkriven i najpotpunije proučen. Njegova bočna grupa ima veliki elektronički sustav konjugacije, koji može apsorbirati ultraljubičasto svjetlo. Pobuđeni elektroni mogu slobodno migrirati kroz kompleks naboja koji tvori susjedni karbazolni prsten. Obično su dopirani s I2, SbCl3, trinitrofluorenonom (TNF) i derivatom nitrostilbenebenzena tetracijanokinonom (TCNQ).
(2) Poliacetilen (PA)
PA je elektronički polimer s najvećom dosad izmjerenom vodljivošću. Njegove metode polimerizacije uglavnom uključuju metodu Shirakawa Yingshu, Namm metodu, Durham metodu i katalitički sustav rijetkih zemalja. Yingshu Shirakawa koristi Ziegler-Natta katalizator visoke koncentracije, točnije TiOBu4-A1Et3, za izravnu pripremu samonosivog poliacetilenskog filma s metalnim sjajem iz acetilena u plinovitoj fazi; Film se formira na orijentiranoj podlozi od tekućeg kristala, a PA film je također visoko orijentiran. Karakteristika Narrmanove metode je da katalizator polimerizacije "stari na visokoj temperaturi", čime su mehanička svojstva i stabilnost polimera značajno poboljšani.
(3) Polifenilen vinilen (PPV)
Posljednjih godina PPV materijali se najviše koriste u području optoelektronike i imaju najveću učinkovitost uređaja. Zbog svoje konjugirane strukture, molekularni lanac je vrlo krut, često ga je teško taliti i otapati te ga je teško obraditi. Metoda za dobivanje topljivog PPV je uvođenje najmanje jednog dugolančanog alkana u benzenski prsten. Broj alkana mora biti najmanje 6. Također je utvrđeno da je topljivost ravnih alkana s razgranatim supstituentima bolja od one ravnih alkana s istim brojem ugljika. Reprezentativni materijal je MEH-PPV (MEH; 2-metoksi-5 (2'- etilheksoksi)), koji ima dobru topljivost i prikladan je za upotrebu; Širina zabranjenog pojasa je 2,1 eV, što je relativno umjereno.
(4) Derivati ​​politiofena (PT).
Među svim konjugiranim polimerima, politiofen je vrlo dobar fotonaponski materijal. Zbog odgovarajućeg zazora pojasa i visoke pokretljivosti rupa, posljednjih je godina postao jedna od žarišnih točaka istraživanja organskih fotonaponskih materijala. Među njima, fotonaponski uređaji s filmom mješavine regionalno strukturiranog poli (3-heksil) tiofena (P3HT) i topivog C60 derivata PCBM kao aktivnog sloja imaju najveću učinkovitost pretvorbe energije pod toplinskom obradom, a učinkovitost pretvorbe energije dosegla je oko 5 posto. Stoga su dizajn i sinteza novih derivata politiofena, proučavanje odnosa između strukture i svojstava politiofena i poboljšanje svojstava derivata politiofena kroz strukturnu modifikaciju privukli pozornost istraživača. Iz perspektive fotonaponskih materijala, ovi derivati ​​politiofena trebali bi imati najosnovnija svojstva: dobru topljivost i stvaranje filma, široki apsorpcijski spektar (osobito u području vidljivog svjetla) i visoku pokretljivost nositelja.