Miksi hiilielektrodit sopivat aurinkosähkölaitteisiin
Aurinkoenergiateollisuus kehittää edelleen aurinkosähkötekniikoita, jotka parantavat tehokkuutta, vakautta ja tuotannon skaalautuvuutta. Grafiitti- ja hiili{1}}pohjaisilla materiaaleilla on kasvava rooli seuraavan-sukupolven kennoissa, erityisesti perovskiittisissa aurinkokennoissa ja väri-herkistetyissä aurinkokennoissa, joissa hiilikerrokset toimivat taka- tai vastaelektrodeina jalometallien sijasta.
Kolme ominaisuutta selittää kiinnostuksen. Grafiitti johtaa sähköä riittävän hyvin varauksen keräämiseen ja kuljettamiseen; se on kemiallisesti stabiili kosteuden, hapen ja jodidi{1}}pohjaisten elektrolyyttien läsnä ollessa; ja se maksaa paljon vähemmän kuin kulta, hopea tai platina, vaikka se on yhteensopiva suurilla alustoilla käytettävien painatus- ja pinnoitusprosessien kanssa.
Grafiittiselkäelektrodit perovskite-aurinkokennoissa
Perovskiittisessa aurinkokennossa takaelektrodi kerää ja kuljettaa aurinkosähköprosessin aikana syntyneen varauksen. Hiili- ja grafiittikerroksia on tutkittu laajalti höyrystyneiden metallielektrodien korvikkeina, ja ne tuovat useita käytännön etuja laitepinoon.
Tehokas maksunkeräys- johtava hiilikerros tarjoaa jatkuvan reitin kantoaineen uuttamiseen, mikä vähentää resistiivisiä häviöitä kennon sisällä.
Kemiallinen stabiilisuus- hiili on vähemmän herkkä korroosiolle ja ionien kulkeutumiselle kuin metallielektrodit, ja se sietää käytön aikana kosteutta ja lämpöaltistusta.
Alhaiset-kustannukset, skaalautuva pinnoitus- grafiittipastat ja hiilimusteet voidaan levittää silkkipainatuksella, rako-suulakepäällystyksellä tai teräpäällystyksellä, mikä tukee laajaa-aluetuotantoa ja vähentää materiaalihukkaa.
Mekaaninen kestävyys- painettu hiilielektrodi on vähemmän hauras kuin ohut höyrystynyt metallikalvo, ja siihen mahtuu joustavia substraatteja.
Nämä ominaisuudet tekevät hiili{0}}perovskiittilaitteista tärkeän tien kohti vakaampaa ja kaupallisesti skaalautuvaa aurinkosähköä.
Hiilivastaelektrodit väriaine{0}}herkistetyissä aurinkokennoissa
Väriaine{0}}herkistetyissä aurinkokennoissa vastaelektrodi katalysoi tri-jodidi-ionien pelkistystä elektrolyytissä ja suorittaa elektronien siirtoreitin loppuun. Platinum on perinteisesti täyttänyt tämän roolin katalyyttisen aktiivisuutensa vuoksi, mutta sen kustannukset rajoittavat laajamittaista kaupallista käyttöönottoa.
Grafiitti ja muut hiilimateriaalit korjaavat tämän rajoitteen ja pitävät elektrodin toimivana:
Hyvä sähkönjohtavuustehokkaaseen elektronien keräämiseen elektrodialueen yli.
Riittävä katalyyttinen aktiivisuusjodidi/tri-jodidi-pelkistysreaktiota varten elektrodin pinnalla.
Pienemmät materiaalikustannuksetkuin platina, joka on ratkaiseva{0}}hintaherkkien moduulien kannalta.
Soveltuu joustaviin ja suuriin{0}}alueisiin laitteisiin, koska elektrodi voidaan tulostaa sen sijaan, että se asetetaan tyhjiöön.
Hiili{0}}pohjaisia vastaelektrodeja tutkitaan siksi yhä enemmän taloudellisina korvaavina väriaine-herkistetyissä moduuleissa sekä hybridi- ja tandem-arkkitehtuureissa.
Kiinteistöjen vertailu ja tuotantonäkökohdat
Hiilielektrodin käyttöominaisuudet riippuvat grafiitin laadusta, sideainejärjestelmästä ja saostusmenetelmästä, joten spesifikaation tulee noudattaa laitteen suunnittelua yksittäisen tietolehtisen arvon sijaan.
| Omaisuus | Hyötyä aurinkokennossa | Ohjattava parametri |
|---|---|---|
| Korkea sähkönjohtavuus | Tehokas maksun keräys ja kuljetus | Painetun kerroksen resistanssi |
| Kemiallinen stabiilisuus | Korroosionkestävyys ja hajoaminen | Puhtaus, tuhka- ja rikkipitoisuus |
| Matala materiaalikustannus | Pienemmät moduulien valmistuskustannukset | Laadun ja sideaineen valinta |
| Tulostusyhteensopivuus | Soveltuu skaalautuvaan tuotantoon | Partikkelikokojakauma, tahnan reologia |
| Runsaat hiilivarat | Tukee kestävää energiakehitystä | Raaka-aineiden jäljitettävyys |
Partikkelikokojakauma ja tahnan viskositeetti määräävät suurelta osin painatuksen tarkkuuden ja kerroksen tasaisuuden, kun taas tuhka- ja rikkitasot vaikuttavat pitkäaikaiseen stabiilisuuteen elektrolyytin läsnä ollessa. Kuivumis- ja kovettumisolosuhteet on myös sovitettava alustaan, koska perovskiittikerroksen lämpötilaraja on paljon alle itse grafiitin valmistukseen käytetyn grafitointilämpötilan.
Hakemukset ja valintaohjeet
Grafiitti- ja hiilimateriaaleja käytetään pääasiassa perovskiittisissa takaelektrodeissa, väriaine{0}}herkistetyissä vastaelektrodeissa, joustavissa aurinkosähkölaitteissa, painetuissa aurinkomoduuleissa ja edullisissa-suurissa{2}}pinta-alajärjestelmissä. Kohtuuhintaisen uusiutuvan energian kysynnän kasvaessa hiilielektrodien roolin kennojen valmistuksessa odotetaan kasvavan.
Korjaa ostospesifikaatiota varten päällystysprosessin hallitsemat ominaisuudet ja voit tarkistaa: hiukkaskokojakauman, BET-menetelmällä mitatun ominaispinta-alan GB/T 19587 ja ISO 9277 mukaan, tuhkapitoisuus, rikkipitoisuus ja kosteus. Irtotavarana toimitettavien teollisten grafiittielektrodituotteiden mitta- ja merkintävaatimuksiin viitataan yleisesti GB/T 3072:ssa ja IEC 60239:ssä, ja samat rajat ja erävarmennus koskevat aurinkosähkökäyttöön kehitettyjä laatuja.
Usein kysytyt kysymykset
K: Miksi metallielektrodit korvataan grafiitilla aurinkokennoissa?
Grafiitti tarjoaa hyvän johtavuuden ja kemiallisen stabiilisuuden paljon pienemmillä materiaalikustannuksilla, ja se voidaan painaa suurille tai taipuisille alustoille sen sijaan, että se levitettäisiin tyhjiössä.
K: Kuinka hiilivastaelektrodi toimii väriaineelle{0}}herkistetyssä kennossa?
Se katalysoi tri-jodidi-ionien pelkistystä elektrolyytissä ja kerää elektroneja täydentäen piirin, jota platina tavallisesti palvelee tämän tyyppisissä kennoissa.
K: Ovatko hiilielektrodit yhtä tehokkaita kuin platinavastaelektrodit?
Johtavuus ja katalyyttinen aktiivisuus riippuvat grafiitin laadusta, sideaineesta ja saostusreitistä. Hyvin-määritetty painettu hiilikerros tarjoaa riittävän suorituskyvyn monille väriaine-herkistetyille malleille huomattavasti pienemmillä kustannuksilla.
K: Mikä ominaisuus vaikuttaa eniten painetun elektrodin laatuun?
Partikkelikokojakauma yhdessä tahnan reologian kanssa. Molemmat ohjaavat tulostuksen tarkkuutta, kerroksen paksuuden tasaisuutta ja valmiin kalvon ominaisvastusta.
K: Miksi tuhka- ja rikkipitoisuudella on merkitystä?
Jäännösepäpuhtaudet voivat reagoida elektrolyytin kanssa ja heikentää laitteen vakautta ajan myötä, joten puhtausrajat sovitaan yleensä sähkövaatimusten ohella.
K: Mitä testejä lähetyksen mukana tulee tehdä?
Erätodistus, joka kattaa partikkelikokojakauman, BET-pinta-alan, tuhka- ja rikkipitoisuuden, kosteuden ja tarvittaessa puristetun tai painetun näytteen ominaisvastusmittauksen.