Солнечные элементы на основе перовскита (PCE) в настоящее время демонстрируются в конструкциях твердотельных устройств. Их повышенные характеристики могут быть достигнуты при использовании различных нестандартных геометрий, например, в виде волокнистых солнечных элементов на основе перовскита, в свете тщательного проектирования и разработки.
Волокнистые солнечные элементы являются перспективными для сбора энергии интеллектуального текстиля для электронных приложений и устройств следующего поколения. Они могут быть сделаны с легким процессом и по низкой цене.
По мере того, как население мира постепенно увеличивается, мировое потребление энергии аналогичным образом увеличивается почти с той же скоростью. В качестве решения существующие традиционные источники энергии должны либо поддерживаться, либо заменяться чистыми, почти неисчерпаемыми, возобновляемыми и устойчивыми источниками .
В поисках этих источников солнечная энергия кажется лучшей альтернативой. Это связано с тем, что он поддерживается солнечным светом, который легко доступен. Процесс конверсии также является чистым, поскольку он не включает какие-либо движущиеся части и выбросы парниковых газов.
Солнце ежедневно испускает огромную солнечную энергию в виде электромагнитных излучений. Считается, что его ежедневная энергетическая эмиссия в несколько раз превышает энергию, необходимую ежегодно для выполнения всех видов деятельности на Земле.
Кроме того, исследования показали, что покрытие 1/10 поверхности Земли солнечными элементами, эффективность которых составляет 10%, будет соответствовать современным глобальным потребностям в энергии.
Это делает солнечную энергию почти неисчерпаемым, устойчивым и недостаточно используемым источником энергии, методы сбора которого все еще требуют обширных исследований и совершенствования, чтобы дать почти окончательный ответ на загадку будущей энергии в мире. Более того, фотоэлектрические системы продемонстрировали большой потенциал для решения текущей проблемы изменения климата.
Ожидается, что с развитием других перспективных материалов, таких как перовскиты, которые могут заменить кремний, цены на солнечные панели будут продолжать падать. В 2018 году было зарегистрировано глобальное ежегодное добавление солнечной энергии в 27%, добавив 106 ГВт к совокупному балансу в 404 ГВт, что дает общее мировое производство солнечной энергии 510 ГВт.
Ожидается, что до 2022 года будет реализовано добавление 621,7 ГВт, и, следовательно, к 2022 году совокупное производство солнечной энергии в мире составит 1025,4 ГВт.
Почему перовскиты?
Без сомнения, кремний (Si) в настоящее время является эталоном для фотоэлектрической промышленности. Однако солнечные элементы Si характеризуются повышенными производственными затратами, неэкологичным производственным процессом, а также малыми возможностями повышения их производительности.
Таким образом, новые фотоэлементы находятся в стадии изучения с целью достижения более высокой эффективности, чем то, что возможно с Si PV без затратных эффектов. Новое поколение фотоэлементов, которые все еще изучаются, включают в себя; сенсибилизированные красителем перовскиты, органические, неорганические , квантовые точки и их тандемы (с Si или без Si).
Некоторые из названных альтернатив могут быть обработаны с использованием низкотемпературных технологий, что приводит к низким затратам на производство по сравнению с Si PV. Однако, за исключением (PSC), эффективность преобразования энергии для остальных намного ниже, чем у коммерческих кремниевых фотоэлементов.
Сбор солнечной энергии для портативной электроники является одной из ключевых стратегий, которая должна учитываться для удовлетворения растущих глобальных потребностей в энергии, особенно в связи с увеличением количества миниатюрных, мобильных электронных устройств и высокотехнологичных персональных устройств.
Чтобы реализовать это, необходимы гибкие и легкие солнечные элементы, геометрия которых может быть преобразована в различные структуры, чтобы соответствовать различным технологическим применениям. Лучшая требуемая геометрия и размер для большинства этих устройств могут быть обеспечены волокнами.
Хотя было сообщено о нескольких примерах волокнистых солнечных элементов, будущее волоконных элементов на основе перовскита выглядит намного более светлым, чем у любых других типов, из-за бесчисленного количества технических изменений, которые могут быть произведены на волокнах на основе перовскита, чтобы поднять их представление.
Область волокнистых PSCs является довольно новой и продолжает активно рассматриваться многими исследовательскими группами. Потенциально PV-функция перовскита в форме волокна резко возрастает в направлении, наблюдаемом в планарных PSC.
Кроме того, повышенное внимание уделяется не содержащим свинца солнечным элементам в форме перовскитовых волокон с целью устранения риска токсичности, связанного с фотоэлектрическими системами на основе перовскита, в основном состоящими из высокотоксичного свинецсодержащего материала.
Если эта технология должна быть промышленно развитой, необходимы дополнительные исследования для разработки гибких, долговечных и легких ПСК, которые можно вязать из-за бесконечных преимуществ и небольшого количества подготовительных процессов, связанных с производством трикотажных конструкций.
Следовательно, для достижения большинства поставленных целей требуются более инновационные и передовые инженерные решения для различных слоев этих солнечных элементов. Ожидаемо, дешевые, легкие, более прочные проводящие полимерные материалы будут все чаще применяться для HTL / ETL, а также для других функциональных слоев.
Наконец, стоит верить, что благодаря достижениям в перовскитовых солнечных элементах в форме волокон, более эффективные и высокопотенциальные фотоэлектрические ткани (тканевые солнечные панели) будут приводить в действие интеллектуальные носимые электронные устройства с автономным питанием, снижая цены и частично решая текущий энергетический кризис.
