Grafittens rolle i fotovoltaiske enheder
Næste-generations fotovoltaiske teknologier har brug for elektrodematerialer, der kombinerer høj elektrisk ledningsevne, kemisk stabilitet, lave omkostninger og kompatibilitet med stor-produktion. Grafit og andre kulstofbaserede-materialer opfylder denne kombination i flere enhedstyper, frem for alt i farvefølsomme-solceller (DSSC'er) og perovskitsolceller, hvor de fungerer som modelektroder, bagelektroder eller ledende lag og reducerer afhængigheden af platin og guld.
Høj elektrisk ledningsevne og effektiv ladningsoverførsel
En grafitelektrode opsamler elektroner, sænker seriemodstanden og forbedrer ladningstransporten mellem enhedens lag. I en farve--sensibiliseret celle katalyserer grafitmodelektroden reduktionen af tri-iodid-ioner i elektrolytten, og lukker elektronoverførselscyklussen, så cellen kan fortsætte med at fungere. I en perovskitcelle udvinder en grafitbagelektrode ladning fra perovskitlaget, og fordi den er kemisk inert over for halogenidkemien, forbedrer den også stabiliteten af den færdige enhed.
Omkostningsstruktur og kompatibilitet med skalerbar fremstilling
Platin og guld er de traditionelle modelektrodematerialer i farvefølsomme-celler, og deres omkostninger er en barriere for kommerciel produktion. Grafit ændrer denne beregning, og det er også velegnet til de aflejringsmetoder, der allerede bruges på modullinjer: serigrafi, belægning, blæk-baseret afsætning og laminering.
Solcellemoduler med store-arealer bygget på trykte kulstoflag.
Fleksible solceller på polymer- eller metalfolieunderlag.
Lavpris-solenergisystemer til distribueret produktion.
Kommerciel-skalaproduktion med enkle, gentagelige procestrin.
Kemisk og elektrokemisk stabilitet
Lang levetid er et centralt krav til solcelleelektroder. Grafit modstår kemisk nedbrydning og bevarer sin ydeevne under fotovoltaiske driftsforhold. I farvestof-sensibiliserede celler er det kompatibelt med iodid- og tri{3}}iodidelektrolytsystemet og viser god katalytisk aktivitet for tri-iodidreduktionsreaktionen. I perovskit-enheder begrænser kulstofelektroder problemerne forbundet med metalelektrodekorrosion, fugtfølsomhed og ionmigrering, som alle forkorter levetiden for celler bygget på metalkontakter.
Anvendelser på tværs af solcelleteknologier
| Ejendom | Fordel i enheden |
|---|---|
| Høj ledningsevne | Effektiv ladningsopsamling og lavere seriemodstand |
| Lav materialepris | Reducerede udgifter til elektrodemateriale mod ædelmetaller |
| Kemisk stabilitet | Bedre lang-drift og langsommere nedbrydning |
| Udskrivningskompatibilitet | Velegnet til skalerbar modulfremstilling |
| Kulstofbaseret-struktur | En bredt tilgængelig og bæredygtig materialemulighed |
I farvesensibiliserede-solceller fungerer grafit- eller kulstoflaget som modelektrode: Det katalyserer elektrolytredoxreaktionen, opsamler elektroner og erstatter platin, hvilket sænker cellens omkostninger. I perovskit-solceller bruges grafit som en bagelektrode, der tilbyder god ledningsevne, forbedret kemisk stabilitet, kompatibilitet med-lavpris fremstilling og en vej til store-moduler.
Outlook for kulstofelektroder i solcelleanlæg
Solcelleindustrien fortsætter med at bevæge sig mod materialer, der er mere overkommelige, nemmere at fremstille, mere stabile i drift og bedre egnet til masseproduktion. Grafitelektroder opfylder hvert af disse krav, hvilket gør dem til et praktisk valg for omkostningsfølsomme og nye enhedsarkitekturer og et aktivt udviklingsområde for både laboratorieceller og printede moduler. Forskellige kvaliteter, partikelstørrelser og bindemiddelsystemer bruges afhængigt af aflejringsmetoden og målkonduktiviteten, så elektrodevalg foretages normalt sammen med apparatprocessen.
Ofte stillede spørgsmål
Q: Hvorfor bruges grafit som elektrode i solceller?
Det kombinerer høj elektrisk ledningsevne med kemisk stabilitet og lave omkostninger, og det kan deponeres ved de tryk- og belægningsmetoder, der allerede anvendes i modulproduktion.
Q: Hvilke solcelletyper bruger grafitelektroder?
Dye-sensibiliserede solceller bruger grafitmodelektroder, og perovskitsolceller bruger grafit- eller kulstof-bagelektroder; andre kulstofbaserede-enheder er under udvikling.
Spørgsmål: Kan grafit erstatte platin i farvefølsomme-solceller?
I mange celledesigns erstatter en grafit- eller kulstofmodelektrode platin og katalyserer stadig tri-iodidreduktionsreaktionen, hvilket sænker enhedens materialeomkostninger.
Q: Hvordan forbedrer en kulelektrode perovskit-stabiliteten?
Da den er kemisk inert, undgår den korrosion, fugtfølsomhed og ionmigreringsproblemer forbundet med metalbagkontakter, så enheden nedbrydes langsommere under drift.
Spørgsmål: Er grafit ledende nok til solcelleelektroder?
Ja til mod- og bagelektrodeopgaver. Ledningsevnen indstilles gennem grafitkvalitet, partikelstørrelse og lagtykkelse for at matche cellens aktuelle opsamlingsbehov.
Q: Hvordan anvendes grafitelektroder i produktionen?
Der anvendes serigrafi, coating, blæk-baseret aflejring og laminering, som alle passer til store-arealer og fleksible substrater i en kontinuerlig proces.