نقش گرافیت در دستگاه های فتوولتائیک
فناوری‌های فتوولتائیک نسل بعدی به مواد الکترودی نیاز دارند که رسانایی الکتریکی بالا، پایداری شیمیایی، هزینه کم و سازگاری را با تولید-در مقیاس بزرگ ترکیب کنند. گرافیت و سایر مواد مبتنی بر کربن{3}}در چندین نوع دستگاه، به ویژه در سلولهای خورشیدی حساس‌شده با رنگ-و سلولهای خورشیدی پروسکایت، که در آنجا به‌عنوان الکترود ضد، الکترود پشتی یا لایه‌های رسانا عمل می‌کنند و وابستگی به پلاتین و طلا را کاهش می‌دهند، با این ترکیب مواجه می‌شوند.
هدایت الکتریکی بالا و انتقال شارژ کارآمد
یک الکترود گرافیتی الکترون ها را جمع آوری می کند، مقاومت سری را کاهش می دهد و انتقال بار بین لایه های دستگاه را بهبود می بخشد. در یک سلول حساس به رنگ، الکترود شمارنده گرافیت کاهش یون‌های تری- در الکترولیت را کاتالیز می‌کند و چرخه انتقال الکترون را می‌بندد تا سلول بتواند به کار خود ادامه دهد. در یک سلول پروسکایتی، یک الکترود پشتی گرافیتی بار را از لایه پروسکایت استخراج می کند و به دلیل اینکه از نظر شیمیایی نسبت به شیمی هالید بی اثر است، پایداری دستگاه نهایی را نیز بهبود می بخشد.
ساختار هزینه و سازگاری با تولید مقیاس پذیر
پلاتین و طلا مواد الکترود ضد سنتی در سلولهای حساس به رنگ{0}} هستند و هزینه آنها مانعی برای تولید تجاری است. گرافیت این محاسبات را تغییر می‌دهد، و همچنین برای روش‌های رسوب‌گذاری که قبلاً در خطوط ماژول استفاده شده است، مناسب است: چاپ روی صفحه، پوشش، رسوب‌گذاری بر اساس جوهر- و لایه‌کاری.
ماژول‌های فتوولتائیک با مساحت بزرگ- که بر روی لایه‌های کربن چاپی ساخته شده‌اند.
سلول های خورشیدی انعطاف پذیر بر روی بسترهای پلیمری یا فویل فلزی.
سیستم‌های انرژی خورشیدی کم هزینه-برای تولید پراکنده.
تولید تجاری-در مقیاس با مراحل فرآیندی ساده و قابل تکرار.
پایداری شیمیایی و الکتروشیمیایی
عمر طولانی یک نیاز اصلی برای الکترودهای سلول خورشیدی است. گرافیت در برابر تخریب شیمیایی مقاومت می کند و عملکرد خود را در شرایط عملیاتی فتوولتائیک حفظ می کند. در سلولهای رنگی{2}}حساس شده با سیستم الکترولیت یدید و تری{3} یدید سازگار است و فعالیت کاتالیزوری خوبی برای واکنش کاهش تری یدید نشان می‌دهد. در دستگاه‌های پروسکایت، الکترودهای کربن مشکلات مرتبط با خوردگی الکترود فلزی، حساسیت به رطوبت و مهاجرت یون‌ها را محدود می‌کنند که همگی عمر سلولهای ساخته شده بر روی تماس‌های فلزی را کوتاه می‌کنند.
برنامه های کاربردی در سراسر فن آوری سلول های خورشیدی
| اموال | مزیت در دستگاه |
|---|---|
| رسانایی بالا | جمع آوری شارژ کارآمد و مقاومت سری پایین تر |
| هزینه مواد کم | کاهش هزینه مواد الکترود در برابر فلزات نجیب |
| پایداری شیمیایی | عملکرد طولانی مدت- بهتر و تخریب کندتر |
| سازگاری با چاپ | مناسب برای تولید ماژول های مقیاس پذیر |
| ساختار مبتنی بر کربن- | یک گزینه مواد به طور گسترده در دسترس و پایدار |
در سلولهای خورشیدی حساس‌شده با رنگ، لایه گرافیت یا کربن به‌عنوان الکترود متقابل عمل می‌کند: واکنش ردوکس الکترولیت را کاتالیز می‌کند، الکترون‌ها را جمع‌آوری می‌کند و پلاتین را جایگزین می‌کند که هزینه سلول را کاهش می‌دهد. در سلولهای خورشیدی پروسکایت از گرافیت به عنوان یک الکترود پشتی استفاده می‌شود که رسانایی خوب، پایداری شیمیایی بهبود یافته، سازگاری با{2}}ساخت کم هزینه و مسیری به ماژول‌های بزرگ- را ارائه می‌دهد.
چشم انداز الکترودهای کربن در فتوولتائیک
صنعت فتوولتائیک به سمت موادی می رود که مقرون به صرفه تر، تولید آسان تر، پایدارتر در عملیات و مناسب تر برای تولید انبوه هستند. الکترودهای گرافیتی هر یک از این الزامات را برآورده می‌کنند، که آنها را به یک انتخاب عملی برای معماری‌های دستگاه‌های حساس{1} و نوظهور و منطقه فعال توسعه سلولهای آزمایشگاهی و ماژول‌های چاپی تبدیل می‌کند. بسته به روش رسوب گذاری و هدایت هدف از گریدها، اندازه ذرات و سیستم های چسباننده مختلف استفاده می شود، بنابراین انتخاب الکترود معمولاً همراه با فرآیند دستگاه انجام می شود.
سوالات متداول
س: چرا از گرافیت به عنوان الکترود در سلول های خورشیدی استفاده می شود؟
رسانایی الکتریکی بالا را با پایداری شیمیایی و هزینه کم ترکیب می‌کند و می‌توان آن را با روش‌های چاپ و پوشش که قبلاً در تولید ماژول استفاده شده است، رسوب داد.
س: کدام انواع سلول های خورشیدی از الکترودهای گرافیتی استفاده می کنند؟
سلولهای خورشیدی حساس‌شده با رنگ-از الکترودهای شمارنده گرافیت و سلولهای خورشیدی پروسکایتی از گرافیت یا الکترودهای پشتی کربن استفاده می‌کنند. سایر دستگاه‌های مبتنی بر کربن{1}}در حال توسعه هستند.
س: آیا گرافیت می‌تواند جایگزین پلاتین در سلولهای خورشیدی حساس‌شده{0}}رنگ شود؟
در بسیاری از طرح‌های سلول، یک الکترود شمارنده گرافیتی یا کربنی جایگزین پلاتین می‌شود و همچنان واکنش کاهش سه یدید{0}}را کاتالیز می‌کند، که هزینه مواد دستگاه را کاهش می‌دهد.
س: چگونه یک الکترود کربن پایداری پروسکایت را بهبود می بخشد؟
از نظر شیمیایی خنثی است، از خوردگی، حساسیت به رطوبت و مشکلات مهاجرت یون مرتبط با کنتاکت های پشتی فلزی جلوگیری می کند، بنابراین دستگاه در هنگام کار کندتر تخریب می شود.
س: آیا گرافیت رسانای کافی برای الکترودهای سلول خورشیدی است؟
برای وظایف الکترود ضد و عقب بله. رسانایی از طریق درجه گرافیت، اندازه ذرات و ضخامت لایه تنظیم می شود تا با نیاز جمع آوری فعلی سلول مطابقت داشته باشد.
س: الکترودهای گرافیتی چگونه در تولید استفاده می شوند؟
چاپ صفحه، پوشش، رسوب{0}} بر پایه جوهر و لمینیت استفاده می‌شود، که همگی در یک فرآیند پیوسته برای سطوح وسیع- و زیرلایه‌های انعطاف‌پذیر مناسب هستند.