Elastyczne ogniwa słoneczne GAAS: zapoczątkowanie nowej ery zastosowań energii słonecznej

wstęp

Na tle globalnego przejścia energii energia słoneczna, jako czyste i odnawialne źródło energii, zyskuje coraz większą uwagę. Jako kluczowe urządzenie do przekształcania energii słonecznej w energię elektryczną, kluczowe są ciągłe innowacje i rozwój technologii ogniw słonecznych. Elastyczne ogniwa słoneczne GAA (galu arsenid), jako nowy rodzaj technologii ogniw słonecznych, wykazały duży potencjał do zastosowania w wielu dziedzinach ze względu na ich unikalne zalety wydajności i stały się jednym z hotspotów w badaniach energii słonecznej w ostatnich latach.

Struktura i zasada pracy elastycznych ogniw słonecznych GAAS

Charakterystyka strukturalna

Konstrukcja struktury elastycznych ogniw słonecznych GAAS jest wykwintna, złożona głównie z wielu warstw materiałów półprzewodnikowych. Podstawową częścią jest warstwa półprzewodników GAAS, która jest kluczowym obszarem osiągnięcia konwersji fotoelektrycznej. W przeciwieństwie do tradycyjnych sztywnych ogniw słonecznych, elastyczne ogniwa słoneczne GAAS wykorzystują elastyczne materiały podłoża, takie jak folii poliimidowe (PI), folii metali itp. Te elastyczne substraty nie tylko wyposażają akumulator z cechami zgięcia i składanymi, ale mają również dobre właściwości mechaniczne i stabilność chemiczną, które mogą utrzymać integralność struktury baterii w różnych środowiskach.

Na wierzchu warstwy półprzewodników GAAS jest zwykle jedna lub więcej warstw bufora i warstw okien. Funkcją warstwy bufora jest złagodzenie problemu niedopasowania sieci między różnymi materiałami oraz poprawa jakości i stabilności wzrostu materiału. Warstwa okien jest używana głównie do optymalizacji wchłaniania światła słonecznego przez akumulator, zmniejszenie odbicia i strat przesyłania światła oraz umożliwia wchłanianie i przekształcenie większej liczby fotonów w energię elektryczną przez warstwę półprzewodników GAAS. Ponadto akumulator zawiera również warstwy elektrod do gromadzenia i przesyłania wygenerowanego prądu, zapewniając efektywną moc wyjściową energii elektrycznej.

Zasada pracy

Zasada pracy elastycznych ogniw słonecznych GAAS opiera się na fotoelektrycznym działaniu półprzewodników. Kiedy światło słoneczne świeci na powierzchni akumulatora, energia fotonów jest pochłaniana przez atomy w warstwie półprzewodnikowej Gaas. Ze względu na odpowiednią szerokość bandgap GAA, po wchłanianiu energii fotonu, elektron w paśmie walencyjnym zyskują wystarczającą energię do przejścia do pasma przewodnictwa, pozostawiając otwory w paśmie walencyjnym. W ten sposób pary otworów elektronowych są generowane wewnątrz półprzewodnika.

Pod wpływem samozbudowanego pola elektrycznego elektron i otwory poruszają się w przeciwnych kierunkach. Elektrony poruszają się w kierunku regionu półprzewodnikowego typu N, podczas gdy dziury zmierzają w kierunku regionu półprzewodnikowego typu P. Gdy obciążenie jest podłączone do obu końców akumulatora, elektrony przepłyną do obciążenia przez obwód zewnętrzny, tworząc prąd elektryczny, osiągając w ten sposób proces bezpośredniego przekształcania energii słonecznej na energię elektryczną. Cały proces jest szybki i wydajny, o ile jest światło, akumulator może stale wytwarzać energię elektryczną.

Zalety elastycznych ogniw słonecznych GAAS

Wysoka wydajność konwersji fotoelektrycznej

Spośród wielu technologii ogniw słonecznych elastyczne ogniwa słoneczne GAAS wyróżniają się doskonałą wydajnością konwersji fotoelektrycznej. Obecnie, w warunkach laboratoryjnych, wydajność elastycznych ogniw słonecznych GAAS podwójnych połączeń osiągnęła ponad 31,6%. Wydajność ta jest znacznie wyższa niż tradycyjny monokrystaliczny krzemion, polikrystaliczne silikonowe komórki słoneczne i inne komórki słoneczne cienkowarstwowe. Jego wysoka wydajność konwersji wynika głównie z doskonałych właściwości optycznych i elektrycznych samego materiału GAAS. GAAS ma odpowiednią szerokość pasma, która może skutecznie wchłaniać energię fotonu ze światła słonecznego, a jej wysoka ruchliwość elektronów sprzyja szybkiej transmisji elektronów wewnątrz półprzewodnika, zmniejszając utratę energii i znacznie poprawiając wydajność konwersji fotoelektrycznej.

Doskonała elastyczność i zdolność do zgięcia

Elastyczność jest jedną z najbardziej widocznych cech tego rodzaju ogniw słonecznych. W porównaniu z tradycyjnymi sztywnymi ogniwami słonecznymi elastyczne ogniwa słoneczne GAAS można łatwo zgiąć, złożyć, a nawet zwinąć w różne kształty. Ta doskonała elastyczność umożliwia dostosowanie się do różnych złożonych powierzchni i scenariuszy aplikacji. Na przykład w niektórych zastosowaniach, które wymagają przyczepności do nieregularnych powierzchni obiektowych, takich jak skrzydła dronów, powierzchnie urządzeń do noszenia itp., Elastyczne ogniwa słoneczne GAAS mogą doskonale przylegać i osiągnąć wydajne pozyskiwanie energii słonecznej, podczas gdy sztywne ogniwa słoneczne nie mogą tego osiągnąć. Ponadto podczas wielu procesów zginania i składania wydajność elastycznych ogniw słonecznych GAAS może nadal pozostać stabilna, bez znacznego spadku wydajności konwersji fotoelektrycznej z powodu mechanicznego odkształcenia, wykazując dobrą elastyczność i niezawodność.

Pola zastosowania elastycznych ogniw słonecznych GAAS

pole lotnicze

W branży lotniczej istnieją wyjątkowo wysokie wymagania dotyczące wagi, wydajności i niezawodności systemów energetycznych. Elastyczne ogniwa słoneczne GAAS stały się idealnym wyborem energii w branży lotniczej ze względu na ich wysoką wydajność konwersji, lekką i przenośność oraz dobre charakterystyki temperatury. Zastosowanie elastycznych ogniw słonecznych GAAS na satelitach i statku kosmicznym może znacznie zmniejszyć masę systemów energetycznych, zwiększyć powierzchnię instalacji ogniw słonecznych, poprawić wydajność pozyskiwania energii i zapewnić bardziej stabilną i trwałą zasilanie satelitów i statku kosmicznego. Na przykład niektóre nowe typy satelitów wykorzystują elastyczne tablice ogniw słonecznych GAAS, które można rozmieścić w dużych obszarach powierzchni zbierania energii słonecznej w przestrzeni, zapewniając wystarczającą moc dla różnych urządzeń satelitarnego i zapewniając jego normalne działanie. W dziedzinie dronów elastyczne ogniwa słoneczne GAAS mają również szerokie perspektywy zastosowania. Drony wymagają wysokiej wytrzymałości, a lekkie i cienkie cechy elastycznych ogniw słonecznych GAAS mogą zmniejszyć masę obciążenia dronów. Ich wysoka wydajność konwersji może stale ładować drony podczas lotu, wydłużenie czasu wytrzymałości i umożliwiając im wykonywanie bardziej złożonych i długotrwałych zadań.

Pole wojskowe

Zastosowania wojskowe mają wyjątkowo surowe wymagania dotyczące wydajności i możliwości dostosowania sprzętu. Zgięcie, fałdowanie i doskonała wydajność o niskim świetle elastycznych ogniw słonecznych GAAS sprawiają, że mają one znaczącą wartość zastosowania w polu wojskowym. Na przykład w środowiskach walki na zewnątrz żołnierze mogą używać elastycznych ogniw słonecznych GAAS do ładowania różnych przenośnych urządzeń elektronicznych, takich jak talkies, lokalizatory GPS itp., Zapewniając, że urządzenia mogą nadal funkcjonować normalnie bez tradycyjnego zasilania. Ponadto, w niektórych wojskowych urządzeniach rozpoznawczych, bezzałogowe pojazdy rozpoznawcze i inne urządzenia, elastyczne ogniwa słoneczne GAAS mogą być wykorzystywane jako pomocnicze lub główne źródła energii w celu zapewnienia ciągłego wsparcia energii dla sprzętu, poprawy jego autonomii i skuteczności walki. Jego dobra zdolność adaptacyjna w złożonym terenie i trudnych środowiskach może również zaspokoić specjalne potrzeby operacji wojskowych.

Status rozwoju i wyzwania elastycznych ogniw słonecznych GAAS

Rozwój

W ostatnich latach poczyniono znaczne postępy w elastycznej technologii ogniw słonecznych GAAS. Jeśli chodzi o badania naukowe, wiele instytucji badawczych i uniwersytetów stale zwiększało swoje inwestycje w elastyczne ogniwa słoneczne GAAS, osiągając szereg ważnych przełomów w zakresie wzrostu materiału, projektowania struktury urządzeń i przygotowania. Na przykład poprzez optymalizację procesu wzrostu materiału poprawiono jakość i krystaliczność cienkich warstw GAAS, co dodatkowo zwiększając wydajność konwersji fotoelektrycznej baterii; Dzięki innowacyjnej konstrukcji struktury urządzeń opracowano różne nowe elastyczne struktury ogniw słonecznych GAAS, takie jak struktury wielofunkcyjne, struktury studni kwantowych itp., Skutecznie rozszerzając zakres widma absorpcji światła słonecznego przez komórkę i poprawiając wydajność wykorzystania energii.

Jeśli chodzi o przemysł, niektóre firmy zaczęły wejść do dziedzin produkcji i aplikacji elastycznych ogniw słonecznych GAAS. Niektóre przedsiębiorstwa ustanowiły linie produkcyjne dla elastycznych ogniw słonecznych GAAS poprzez wprowadzenie technologii oraz niezależne badania i rozwój, osiągając małą produkcję komercyjną. Produkty są stopniowo stosowane w lotniczej, wojskowej, wysokiej klasy elektronice użytkowej i innych dziedzinach, a świadomość rynku i akceptacja elastycznych ogniw słonecznych GAAS również stale rośnie. Tymczasem, przy ciągłym dojrzałości technologii i stopniowym wzroście produkcji, koszt elastycznych ogniw słonecznych GAAS stopniowo maleje, co stanowi podstawę ich szerszych zastosowań rynkowych.

Wyzwania napotkały

Chociaż elastyczne ogniwa słoneczne GAAS poczyniły pewne postępy, nadal stają obecnie przed pewnymi wyzwaniami. Po pierwsze, koszt jest jednym z kluczowych czynników ograniczających jego zastosowanie na dużą skalę. Cena samego materiału GAAS jest stosunkowo wysoka, a proces przygotowania jest złożony, co wymaga wyposażenia precyzyjnego i ścisłej kontroli procesu, co sprawia, że koszt produkcji elastycznych ogniw słonecznych GAAS jest wysoki. Chociaż niektóre środki technologiczne, takie jak ponowne użycie substratów GAAS (obecnie około 20 razy), w pewnym stopniu zmniejszyły koszty, w porównaniu z tradycyjnymi krystalicznymi silikonowymi ogniwami słonecznymi, koszt jest nadal stosunkowo wysoki, co ogranicza jego zastosowanie w niektórych polach cywilnych na dużą skalę.

Po drugie, pod względem procesów produkcyjnych na dużą skalę, proces produkcji elastycznych ogniw słonecznych GAAS nie jest jeszcze wystarczająco dojrzały, a wydajność produkcji należy poprawić. Istniejący proces produkcyjny może napotykać problemy, takie jak słaba spójność jakości produktu i niski stopień wydajności w produkcji na dużą skalę, co nie tylko zwiększa koszty produkcji, ale także wpływa na konkurencyjność rynkową produktów. Dlatego konieczne jest dalsze zoptymalizowanie procesu produkcji, poprawa poziomu automatyzacji i wydajności produkcji sprzętu produkcyjnego oraz zapewnienie stabilności i spójności jakości produktu.

Ponadto długoterminowa stabilność i niezawodność elastycznych ogniw słonecznych GAAS są również problemami wymagającymi uwagi. Chociaż akumulatory wykazały dobrą wydajność w warunkach laboratoryjnych, ich wydajność może stopniowo spadać w praktycznych środowiskach zastosowania z powodu długoterminowych skutków różnych czynników, takich jak temperatura, wilgotność i intensywność światła. Jak poprawić długoterminową stabilność i niezawodność baterii w złożonych środowiskach i przedłużyć ich żywotność usług, jest ważnym problemem, który należy głęboko zbadać i rozwiązać w przyszłości.

wniosek

Elastyczne ogniwa słoneczne GAAS, jako innowacyjna i obiecująca technologia ogniw słonecznych, wykazały szerokie perspektywy zastosowania w wielu dziedzinach, takich jak lotniska, urządzenia wojskowe, urządzenia do noszenia, urządzenia elektroniczne mobilne oraz inne zastosowania cywilne ze względu na ich wysoką wydajność konwersji fotoelektrycznej, doskonałą elastyczność i zginanie, lekkie i przenośność, a także dobrej wydajności światła i temperatury. Chociaż nadal istnieją pewne wyzwania w zakresie kosztów, procesu produkcji i długoterminowej stabilności, oczekuje się, że kwestie te będą stopniowo rozwiązywane wraz z ciągłymi wysiłkami badaczy i ciągłej innowacji technologii. Uważam, że w najbliższej przyszłości elastyczne ogniwa słoneczne GAAS osiągną szersze zastosowania komercyjne, wnosząc ważny wkład w globalną transformację energii i zrównoważony rozwój oraz otwierając nową erę zastosowań energii słonecznej.