Чому вугільні електроди підходять для фотоелектричних пристроїв
Сонячна промисловість продовжує розвивати фотоелектричні технології, які підвищують ефективність, стабільність і масштабованість виробництва. Матеріали на основі графіту та вуглецю-відіграють все більшу роль у елементах наступного-покоління, зокрема сонячних елементах із перовскітом і чутливих-барвниках сонячних елементах, де шари вуглецю діють як зворотні електроди або протиелектроди замість дорогоцінних металів.
Три властивості пояснюють інтерес. Графіт достатньо добре проводить електрику, щоб збирати та транспортувати заряд; він хімічно стабільний у присутності вологи, кисню та електролітів на основі йодиду-; і він коштує набагато дешевше, ніж золото, срібло або платина, і при цьому залишається сумісним із процесами друку та нанесення покриттів, що використовуються на великих підкладках.
Графітові зворотні електроди в перовскітових сонячних елементах
У перовскітних сонячних елементах задній електрод збирає та транспортує заряд, що утворюється під час фотоелектричного процесу. Вуглецеві та графітові шари широко досліджуються як замінники випарених металевих електродів, і вони приносять декілька практичних переваг для стека пристроїв.
Ефективний збір заряду- провідний вуглецевий шар забезпечує безперервний шлях для виділення носія, зменшуючи резистивні втрати всередині елемента.
Хімічна стійкість- вуглець менш сприйнятливий до корозії та міграції іонів, ніж металеві електроди, і витримує вплив вологи та тепла під час роботи.
Низька-вартість, масштабоване осадження- графітові пасти та вугільні чорнила можна наносити за допомогою трафаретного друку, нанесення-покриття штампу або леза, що підтримує-виробництво на великих-площах із зменшенням відходів.
Механічна міцність- друкований вугільний електрод є менш крихким, ніж тонка напарена металева плівка, і може використовуватися для гнучких підкладок.
Завдяки цим характеристикам пристрої на основі вуглецю-перовскіту є важливим шляхом до більш стабільних і комерційно масштабованих фотоелектричних пристроїв.
Вуглецеві протиелектроди в-сенсибілізованих сонячних елементах
У чутливих до барвника сонячних елементах протиелектрод каталізує відновлення іонів три-йодиду в електроліті та завершує шлях перенесення електронів. Платина традиційно виконувала цю роль через її каталітичну активність, але її вартість обмежує широкомасштабне-комерційне впровадження.
Графіт та інші вуглецеві матеріали усувають це обмеження, зберігаючи функціональність електрода:
Хороша електропровідністьдля ефективного збору електронів по площі електрода.
Достатня каталітична активністьдля окисно-відновної реакції йодиду/три-йодиду на поверхні електрода.
Менша вартість матеріалуніж платина, яка є вирішальною для-модулів, чутливих до вартості.
Придатність для гнучких і великих{0}}пристроїв, оскільки електрод можна надрукувати, а не осадити під вакуумом.
Тому вугільні-протиелектроди все частіше вивчаються як економічна заміна в-сенсибілізованих модулях, а також у гібридних і тандемних архітектурах.
Порівняння властивостей і міркування щодо виробництва
Робочі властивості вугільного електрода залежать від сорту графіту, зв’язувальної системи та методу осадження, тому специфікація повинна відповідати конструкції пристрою, а не одному значенню в таблиці даних.
| Власність | Вигода в сонячній батареї | Параметр для контролю |
|---|---|---|
| Висока електропровідність | Ефективний збір і транспортування заряду | Питомий опір друкованого шару |
| Хімічна стійкість | Стійкість до корозії та деградації | Чистота, вміст золи та сірки |
| Низька вартість матеріалу | Зменшені витрати на виготовлення модуля | Вибір сорту та палітурки |
| Сумісність із друком | Підходить для масштабованого виробництва | Гранулометричний склад, реологія пасти |
| Великі ресурси вуглецю | Підтримує сталий енергетичний розвиток | Простежуваність сировини |
Розподіл частинок за розміром і в’язкість пасти значною мірою визначають чіткість друку та однорідність шару, тоді як рівень золи та сірки впливає на -тривалу стабільність у присутності електроліту. Умови сушіння та затвердіння також повинні бути узгоджені з підкладкою, оскільки межа температури шару перовскіту значно нижча за температуру графітизації, яка використовується для виробництва самого графіту.
Заявки та рекомендації щодо вибору
Графіт і вуглецеві матеріали використовуються в основному в перовскітних зворотних електродах, чутливих до барвника-протилежних електродів, гнучких фотоелектричних пристроях, друкованих сонячних модулях і недорогих-великих-системах. Зі зростанням попиту на доступну відновлювану енергію очікується, що роль вугільних електродів у виробництві елементів зростатиме.
Для закупівельної специфікації зафіксуйте властивості, які контролює процес осадження та може перевірити: розподіл частинок за розміром, питому поверхню, виміряну за методом BET відповідно до GB/T 19587 та ISO 9277, вміст золи, вміст сірки та вологість. Для промислових графітових електродів, що постачаються оптом, вимоги до розмірів і позначення зазвичай посилаються на GB/T 3072 і IEC 60239, і така сама дисципліна визначених обмежень і перевірки партії застосовується до сортів, розроблених для фотоелектричного використання.
Часті запитання
З: Навіщо замінювати металеві електроди графітовими в сонячних елементах?
Графіт забезпечує хорошу провідність і хімічну стабільність за значно нижчої вартості матеріалу, і його можна друкувати на великих або гнучких підкладках замість того, щоб осаджувати під вакуумом.
З: Як працює вугільний протиелектрод у-чутливій до барвника комірці?
Він каталізує відновлення три{0}}йодид-іонів в електроліті та збирає електрони, завершуючи ланцюг, який платина зазвичай виконує в елементах такого типу.
З: Чи вугільні електроди такі ж ефективні, як платинові протиелектроди?
Провідність і каталітична активність залежать від сорту графіту, сполучної речовини та шляху осадження. Добре-спеціалізований друкований вуглецевий шар забезпечує достатню продуктивність для багатьох-сенсибілізованих барвниками дизайнів за помітно нижчу вартість.
З: Яка властивість найбільше впливає на якість надрукованого електрода?
Розподіл частинок за розміром разом з реологією пасти. Обидва контролюють чіткість друку, однорідність товщини шару та питомий опір готової плівки.
З: Чому вміст золи та сірки має значення?
Залишкові домішки можуть реагувати з електролітом і погіршувати стабільність пристрою з часом, тому межі чистоти зазвичай узгоджуються разом із вимогами до електрики.
Питання: які тести повинні супроводжувати відправлення?
Сертифікат на партію, що охоплює розподіл частинок за розміром, площу поверхні за БЕТ, вміст золи та сірки, вологість і, де це необхідно, питомий опір пресованого або надрукованого зразка.