การเข้าชม: 0 ผู้แต่ง: บรรณาธิการเว็บไซต์ เวลาเผยแพร่: 2025-06-07 ที่มา: เว็บไซต์
ช่องว่างแถบพลังงานเป็นพลังงานที่น้อยที่สุดที่ต้องการ ช่วยให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากสถานะพลังงานต่ำไปเป็นพลังงานสูง นี่เป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ โดยจะตัดสินใจว่าจะรับแสงแดดและเปลี่ยนให้เป็นพลังได้ดีเพียงใด ตัวอย่างเช่น แบบจำลองทดสอบที่ใช้วัสดุพิเศษดูดซับแสงแดดได้ 80% นอกจากนี้ยังมีประสิทธิภาพถึง 190% ซึ่งเกินขีดจำกัดปกติ การเรียนรู้เกี่ยวกับช่องว่างของแถบพลังงานสามารถช่วยทำให้เซลล์แสงอาทิตย์ดีขึ้นได้ ซึ่งสามารถนำไปสู่แนวคิดใหม่ๆ เกี่ยวกับพลังงานสะอาดได้
ช่องว่างแถบพลังงานเป็นพลังงานที่เล็กที่สุดที่จำเป็นสำหรับอิเล็กตรอนในการเคลื่อนย้ายและผลิตไฟฟ้าในเซลล์แสงอาทิตย์
การหยิบวัสดุที่มีแถบช่องว่างใกล้ 1.5 eV ช่วยให้เซลล์แสงอาทิตย์รับแสงแดดได้ดีขึ้นและสิ้นเปลืองพลังงานน้อยลง
วัสดุแต่ละชนิดมีช่องว่างแถบความถี่ของตัวเอง ซึ่งจะเปลี่ยนความสามารถในการเปลี่ยนแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าได้ดีเพียงใด
การออกแบบพิเศษ เช่น เซลล์แสงอาทิตย์แบบหลายทางแยก ใช้ชั้นที่มีช่องว่างของแถบที่แตกต่างกันเพื่อให้จับแสงแดดได้มากขึ้นและทำงานได้ดีขึ้น
การปรับปรุงช่องว่างของแถบความถี่สามารถลดต้นทุนและนำไปสู่แนวคิดใหม่ๆ เกี่ยวกับพลังงานแสงอาทิตย์ ทำให้ได้รับพลังงานสะอาดได้ง่ายขึ้น
วัสดุเพอร์รอฟสไกต์มีแนวโน้มดีมากเนื่องจากมีประสิทธิภาพและทำงานได้ดีแม้ในแสงสลัว
การศึกษาช่องว่างของแถบความถี่เป็นสิ่งสำคัญในการทำให้เทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ดีขึ้น และช่วยให้โลกใช้พลังงานสะอาด
การทราบเกี่ยวกับช่องว่างของแถบพลังงานช่วยให้ผู้คนเลือกแผงโซลาร์เซลล์ที่ดีที่สุดสำหรับความต้องการของตนได้
ช่องว่างแถบพลังงานเป็นแนวคิดหลักในเซมิคอนดักเตอร์ มันแสดงพลังงานน้อยที่สุดที่จำเป็นสำหรับอิเล็กตรอนในการเคลื่อนที่ อิเล็กตรอนกระโดดจากแถบเวเลนซ์ซึ่งพวกมันอยู่กับอะตอม ไปยังแถบการนำไฟฟ้าซึ่งพวกมันเคลื่อนที่อย่างอิสระ การกระโดดครั้งนี้จำเป็นต่อการผลิตไฟฟ้าในเซลล์แสงอาทิตย์
คิดว่าช่องว่างของวงดนตรีเป็นสิ่งกีดขวางอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนต้องการพลังงานเพียงพอที่จะข้ามมัน หากไม่มีพลังงานเพียงพอ พวกมันก็จะติดอยู่และไม่สามารถสร้างไฟฟ้าได้
ในเซมิคอนดักเตอร์ ช่องว่างของแถบควบคุมวิธีที่อิเล็กตรอนทำปฏิกิริยากับแสงแดด เมื่อแสงอาทิตย์ตกกระทบเซลล์แสงอาทิตย์ โฟตอน (อนุภาคแสง) จะให้พลังงานแก่อิเล็กตรอน หากพลังงานของโฟตอนตรงกันหรือเกินกว่าช่องว่างของแถบความถี่ อิเล็กตรอนจะดูดซับพลังงานนั้นและกระโดดไปที่แถบการนำไฟฟ้า การกระโดดครั้งนี้จะสร้างกระแสไฟฟ้าซึ่งจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ต่างๆ
แต่ไม่ใช่โฟตอนทั้งหมดที่ช่วยในกระบวนการนี้ ตัวอย่างเช่น:
โฟตอนที่มีพลังงานน้อยกว่าช่องว่างของแถบความถี่จะผ่านไปได้โดยไม่ถูกดูดซับ
โฟตอนที่มีพลังงานเท่ากับช่องว่างของแถบจะถูกดูดซับได้ดีและช่วยสร้างกระแสไฟฟ้า
โฟตอนที่มีพลังงานมากกว่าช่องว่างของแถบความถี่จะสูญเสียพลังงานพิเศษเป็นความร้อน ส่งผลให้สิ้นเปลืองไป
นี่แสดงให้เห็นว่าเหตุใดการเลือกวัสดุที่เหมาะสมและมีช่องว่างแถบความถี่ที่ดีที่สุดจึงมีความสำคัญสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์
ช่องว่างของแถบความถี่มีความสำคัญต่อการเปลี่ยนแสงอาทิตย์ให้เป็นไฟฟ้า เมื่อแสงแดดตกกระทบเซลล์แสงอาทิตย์ โฟตอนจะพบกับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ หากพลังงานของโฟตอนตรงกับช่องว่างของแถบอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนจะดูดซับและเคลื่อนไปยังแถบการนำไฟฟ้า การเคลื่อนไหวนี้จะสร้างกระแสไฟฟ้าซึ่งจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ต่างๆ
เทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น เซลล์แสงอาทิตย์ย่านความถี่กลาง (IBSC) ช่วยปรับปรุงกระบวนการนี้ เซลล์เหล่านี้จะเพิ่มระดับพลังงานพิเศษในช่องว่างของแถบความถี่ พวกมันดูดซับโฟตอนด้วยพลังงานต่ำและใช้แสงแดดมากขึ้น นี้สามารถ เพิ่มประสิทธิภาพเป็น 63.2% สูงกว่าปกติมาก
พลังงานโฟตอนและช่องว่างของแถบความถี่เป็นตัวตัดสินว่าเซลล์แสงอาทิตย์ทำงานได้ดีเพียงใด วัสดุที่มีช่องว่างแถบประมาณ 1.5 eV เหมาะสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ ค่านี้ช่วยปรับสมดุลการดูดซับแสงแดดและลดการสูญเสียความร้อน
ตารางด้านล่างแสดงประสิทธิภาพของวัสดุที่มีช่องว่างของแถบความถี่ต่างกัน:
| ประเภทวัสดุ | ความยาวคลื่น (นาโนเมตร) | ประสิทธิภาพ (%) |
|---|---|---|
| BaZrS3 | 725 | 18.13 |
| (บา,แคลิฟอร์เนีย)ZrS3 | 983 | 22.23 |
| บริติชแอร์เวย์(Zr,Sn)S3 | 837 | 21.84 |
| บาเซอร์(S,Se)3 | 918 | 22.71 |
ตารางนี้แสดงให้เห็นว่าช่องว่างของแถบความถี่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์อย่างไร วัสดุที่มีช่องว่างของแถบใกล้กับพลังงานแสงแดดจะทำงานได้ดีกว่า พวกมันแปลงแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้ามากขึ้น ทำให้มีประโยชน์มากขึ้น
ช่องว่างแถบความถี่ 1.5 eV เหมาะสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ ช่วยปรับสมดุลการดูดซับแสงแดดและการสูญเสียพลังงาน วัสดุที่มีช่องว่างแถบนี้จะดูดซับความยาวคลื่นแสงแดดจำนวนมาก ซึ่งจะช่วยผลิตไฟฟ้าได้มากขึ้น
การศึกษาแสดงช่องว่างของแถบความถี่ระหว่าง 1.04 eV และ 1.69 eV ส่งผลต่อประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น:
| Band Gap (eV) | เอฟเฟกต์ประสิทธิภาพ | หมายเหตุ |
|---|---|---|
| 1.04 - 1.69 | การเปลี่ยนแปลงกับช่องว่างของวงดนตรี | ช่องว่างแถบความถี่ที่ดีที่สุดคือ 1.21 eV; ช่องว่างที่สูงขึ้นการดูดซับและกระแสไฟฟ้าลดลง |
นี่แสดงให้เห็นว่าวัสดุที่อยู่ใกล้ 1.5 eV ทำงานได้ดีขึ้นสำหรับการผลิตไฟฟ้า
ช่องว่างของแถบด้านขวาจะปรับสมดุลการดูดซับแสงแดดและการสูญเสียความร้อน ช่องว่างของแถบความถี่ต่ำจะดูดซับแสงแดดได้น้อยลง ส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลง ช่องว่างแถบความถี่สูงจะสิ้นเปลืองพลังงานเช่นเดียวกับความร้อน
ตัวอย่างเช่น เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์ที่มีแถบห่างแบบแบ่งระดับจะมีประสิทธิภาพ พวกเขาไปถึง 22.35% ประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน นอกจากนี้ยังมีกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่ 24.57 mA/cm² และแรงดันไฟฟ้า 1.07 V ซึ่งแสดงให้เห็นว่าช่องว่างของแถบความถี่ที่เหมาะสมช่วยเพิ่มการใช้พลังงานและลดการสูญเสียความร้อนได้อย่างไร
ช่องว่างของแถบควบคุมวิธีที่เซลล์แสงอาทิตย์ดูดซับแสงและสร้างพลังงาน เมื่อช่องว่างของแถบความถี่ตรงกับพลังงานแสงแดด อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่และสร้างกระแสไฟฟ้า
ช่องว่างของแบนด์ที่แตกต่างกันทำให้ประสิทธิภาพเปลี่ยนไป ตัวอย่างเช่น:
ช่องว่างแถบความถี่สูงต้องใช้วัสดุที่หนากว่าเพื่อให้กระแสคงที่
ช่องว่างของแถบความถี่ต่ำจะดูดซับแสงน้อยลง ส่งผลให้กำลังไฟลดลง
เซลล์แสงอาทิตย์ทำงานได้ดีขึ้นเมื่อช่องว่างของแถบความถี่ตรงกับแสงแดด
วัสดุที่มีช่องว่างของแถบความถี่ต่างกันแสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร ตัวอย่างเช่น:
วัสดุที่หนาขึ้นจะช่วยเพิ่มกระแสไฟฟ้าลัดวงจรและประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน
ช่องว่างแถบด้านบน 1.7 eV และช่องว่างแถบด้านล่าง 1.28 eV 32.71% ประสิทธิภาพ
การศึกษายืนยันผลลัพธ์เหล่านี้:
| Bandgap Energy (eV) | ผลกระทบด้านประสิทธิภาพ | แหล่งที่มาของ |
|---|---|---|
| ~0.7 | ประสิทธิภาพสูงสุดในท้องถิ่น | มาร์ติและอาเราโฮ, 1996 |
| ~1.0 | ประสิทธิภาพสูงสุดระดับโลก | วานลาส และคณะ 2548 |
| แตกต่างกันไปตามสเปกตรัม | การเลือกใช้วัสดุที่ยืดหยุ่น | เบรมเนอร์ และคณะ 2551 |
ตัวอย่างเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าช่องว่างของแถบความถี่ที่เหมาะสมช่วยเพิ่มการดูดกลืนแสงและพลังงาน ส่งผลให้เซลล์แสงอาทิตย์ดีขึ้นได้อย่างไร
ซิลิคอนเป็นวัสดุที่พบมากที่สุดในเซลล์แสงอาทิตย์ พลังงานช่องว่างของแถบอยู่ที่ประมาณ 1.1 eV ทำให้ดูดซับแสงแดดและผลิตไฟฟ้าได้ดี ซิลิคอนสามารถจับแสงแดดได้เป็นส่วนใหญ่ ทำให้เหมาะสำหรับแผงโซลาร์เซลล์
เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนมีประสิทธิภาพถึงระดับที่น่าประทับใจ ตัวอย่างเช่น:
ประสิทธิภาพสูงสุดที่เป็นไปได้สำหรับเซลล์ซิลิคอนคือ 32.33%
ฟิล์มซิลิคอนบาง 15 μm มีประสิทธิภาพถึง 31% พร้อมการออกแบบที่ดีขึ้น
เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนที่ดีที่สุดในโลกแห่งความเป็นจริงมีประสิทธิภาพ 26.7%
ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นถึงความสามารถของซิลิคอนในการทำงานได้ดีในระบบพลังงานแสงอาทิตย์
ซิลิคอนก็มีข้อเสียอยู่บ้าง ช่องว่างของแถบความถี่ไม่สมบูรณ์แบบสำหรับประสิทธิภาพสูงสุด โฟตอนพลังงานสูงจะสูญเสียพลังงานเป็นความร้อนเมื่อซิลิคอนดูดซับ นอกจากนี้ ช่องว่างของแถบทางอ้อมของซิลิคอนยังต้องการวัสดุที่หนากว่าเพื่อดูดซับแสงแดด ทำให้การผลิตมีราคาแพงขึ้น
มีการพัฒนาวัสดุใหม่เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ โดยมีเป้าหมายที่จะดูดซับแสงได้ดีขึ้นและปรับปรุงประสิทธิภาพ
วัสดุ Perovskite กำลังได้รับความนิยมเนื่องจากมีประสิทธิภาพสูง ช่องว่างของแถบความถี่อยู่ระหว่าง 1.5 eV ถึง 2.3 eV ช่วงนี้เหมาะสำหรับการดูดซับแสงแดดและผลิตไฟฟ้า นักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานเพื่อลดการสูญเสียพลังงานในเซลล์เพอร์รอฟสไกต์ โดยการรักษาอิเล็กตรอนให้นานขึ้น พวกมันจะมีประสิทธิภาพดีขึ้น
วัสดุ Perovskite ยังทำงานได้ดีในเซลล์แสงอาทิตย์แบบเรียงกัน สิ่งเหล่านี้จะผสมเพอร์รอฟสกี้กับวัสดุอื่นๆ เพื่อผลลัพธ์ที่ดีกว่า เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์ในอาคารมีประสิทธิภาพเกือบ 45% ทำให้มีประโยชน์ในการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ขนาดเล็กในที่แสงน้อย
วัสดุอื่นๆ เช่น แคดเมียม เทลลูไรด์ (CdTe) และแกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) ก็มีประโยชน์เช่นกัน CdTe มีช่องว่างแถบความถี่ประมาณ 1.45 eV ซึ่งใกล้เคียงกับค่าที่ดีที่สุดสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ ดูดซับแสงได้ดีและราคาไม่แพง GaAs ซึ่งมีช่องว่างแถบความถี่ 1.43 eV นั้นมีประสิทธิภาพมาก มักจะมีประสิทธิภาพมากกว่า 30% ในห้องปฏิบัติการ
ตารางด้านล่างแสดง พลังงานช่องว่างของแถบความถี่สำหรับวัสดุชนิดต่างๆ :
| วัสดุ | Band Gap (eV) | การประมาณค่า DFT ที่ใช้ |
|---|---|---|
| Cs2AgSbCl6 | 1.163 | HSE06 |
| Cs2AgSbBr6 | 0.850 | HSE06 |
| Cs2AgSbI6 | 0.305 | HSE06 |
| Rb2CuSbCl6 | 1.140 | การคำนวณ DFT |
| K2CuSbCl6 | 1.123 | การคำนวณ DFT |
| Cs2AgBiBr6 | 1.93 | GGA-PBE |
| Cs2GeSnCl6 | 1.798 | จีจีเอ |
| Cs2GeSnBr6 | 1.044 | จีจีเอ |
| Cs2GeSnI6 | 0.474 | จีจีเอ |
| Cs2BBiX6 | 1.00 - 1.75 น | แนวทาง DFT ต่างๆ |
ตารางนี้แสดงความหลากหลายของวัสดุสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ วัสดุแต่ละชนิดมีคุณสมบัติเฉพาะเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและสมรรถนะ
แถบช่องว่างของเซลล์แสงอาทิตย์สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการเปลี่ยนวัสดุ การเติมอะตอมอื่นจำนวนเล็กน้อยเรียกว่าการโด๊ป จะทำให้คุณสมบัติของวัสดุเปลี่ยนแปลงไป ตัวอย่างเช่น การเติมโครเมียมลงในไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO₂) ลดช่องว่างของแถบความถี่จาก 3.40 eV เป็น 2.70 eV ช่วยให้ดูดซับแสงแดดได้ดีขึ้น การผสมเหล็กไพไรต์กับรูทีเนียมยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโดยการเปลี่ยนช่องว่างของแถบ
วิธีการเหล่านี้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์จับคู่ช่องว่างของแถบความถี่กับพลังงานแสงแดด ทำให้เซลล์แสงอาทิตย์ดูดซับแสงได้มากขึ้นและทำงานได้ดีขึ้น เครื่องมือเช่น การสแกนกล้องจุลทรรศน์โพรบเคลวิน ทำให้กระบวนการนี้แม่นยำยิ่งขึ้น เครื่องมือเหล่านี้วัดสิ่งต่างๆ เช่น แรงดันไฟฟ้าและความลึกของพลังงาน ซึ่งจะช่วยปรับปรุงช่องว่างของแบนด์เพื่อผลลัพธ์ที่ดีขึ้น
เซลล์แสงอาทิตย์บางชนิดใช้ชั้นที่มีช่องว่างแถบความถี่ต่างกัน เหล่านี้เรียกว่าเซลล์แสงอาทิตย์แบบหลายทางแยก แต่ละชั้นจะดูดซับแสงแดดประเภทต่างๆ ชั้นบนสุดจับแสงที่มีพลังงานสูง ในขณะที่ชั้นล่างสุดจะดูดซับแสงที่มีพลังงานต่ำ
การออกแบบนี้ทำให้เซลล์แสงอาทิตย์มีประสิทธิภาพมากขึ้น เซลล์หลายทางแยกบางเซลล์มีประสิทธิภาพมากกว่า 40% การรวมวัสดุเช่นเพอร์รอฟสกี้และซิลิคอนจะทำให้เกิดเซลล์เรียงกัน เซลล์เหล่านี้ทำงานได้ดีในสภาพแสงต่างๆ ทำให้มีประโยชน์ในหลายสถานที่
การปรับปรุงช่องว่างของแถบความถี่ทำให้เซลล์แสงอาทิตย์มีประสิทธิภาพมากขึ้น เมื่อช่องว่างของแถบความถี่ตรงกับพลังงานแสงแดด แสงจะถูกดูดซับมากขึ้น สิ่งนี้จะสร้างกระแสไฟฟ้ามากขึ้น เซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite มาถึงแล้ว ประสิทธิภาพ 26.49% การปรับปรุงครั้งใหญ่
ช่องว่างของแถบความถี่ที่ได้รับการปรับปรุงยังช่วยให้เซลล์แสงอาทิตย์ทำงานในสภาพแสงที่แตกต่างกันได้ ตัวอย่างเช่น เซลล์เพอร์รอฟสไกต์จะอยู่ในอาคารที่ดีเยี่ยม โดยมีประสิทธิภาพเกือบ 45% ในสภาพแสงน้อย สิ่งนี้ทำให้มีประโยชน์สำหรับบ้านและอุปกรณ์ขนาดเล็ก
ช่องว่างของแถบความถี่ที่ดีขึ้นไม่เพียงแต่ปรับปรุงประสิทธิภาพ แต่ยังช่วยลดต้นทุนอีกด้วย วัสดุที่ปรับให้เหมาะสมจะต้องมีขนาดบางลง ซึ่งช่วยลดต้นทุนการผลิต วิธีการเช่นการใช้สารต้องห้ามและการออกแบบหลายชั้นทำให้เซลล์แสงอาทิตย์ดีขึ้นโดยไม่ทำให้การผลิตยากขึ้น
การปรับปรุงช่องว่างของแถบความถี่เป็นแรงบันดาลใจให้กับเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ใหม่ๆ นักวิทยาศาสตร์กำลังทดสอบวัสดุและการออกแบบใหม่ๆ เพื่อทำให้เซลล์แสงอาทิตย์ดียิ่งขึ้น ความก้าวหน้าเหล่านี้ทำให้พลังงานแสงอาทิตย์ถูกลงและยั่งยืนมากขึ้น ช่วยให้โลกใช้พลังงานที่สะอาดขึ้น
การปรับปรุงช่องว่างของแถบต้องเผชิญกับปัญหาใหญ่ เช่น ความเสถียรของวัสดุ วัสดุขั้นสูงบางชนิดจะพังทลายลงหลังจากโดนแสงแดดเป็นเวลานาน ทำให้ความน่าเชื่อถือน้อยลงสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ การสร้างวัสดุเหล่านี้ในปริมาณมากก็ทำได้ยากเช่นกัน จำเป็นต้องมีการควบคุมอย่างระมัดระวัง ซึ่งทำได้ยาก ตัวอย่างเช่น วัสดุเพอร์รอฟสไกต์ทำงานได้ดีแต่ใช้งานได้ไม่นาน สิ่งนี้ทำให้พวกเขาไม่ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลาย
ปัญหาอีกประการหนึ่งมาจากการผสมองค์ประกอบหลายอย่างในวัสดุ องค์ประกอบเพิ่มเติมสามารถสร้างสารประกอบที่ไม่ต้องการได้ ทำให้การผลิตยากขึ้นและคาดเดาได้น้อยลง โมเดลคอมพิวเตอร์ช่วยแก้ปัญหานี้ได้ แต่มีราคาแพงมากและอาจไม่แม่นยำเสมอไป ตารางด้านล่างแสดงประเด็นสำคัญเกี่ยวกับปัญหาเหล่านี้:
| หลักฐาน คำอธิบาย | ประเด็นสำคัญ |
|---|---|
| ต้นทุนการคำนวณและความไม่ถูกต้องในการสร้างแบบจำลองความสามารถในการทำซ้ำ | ต้นทุนการคำนวณที่สูงเป็นอุปสรรคต่อการใช้วัสดุช่องว่างแถบขั้นสูงอย่างกว้างขวาง |
| การแข่งขันในระยะที่ส่งผลต่อความสามารถในการทำซ้ำได้ | จำนวนองค์ประกอบที่เพิ่มขึ้นนำไปสู่สารประกอบที่เป็นไปได้มากขึ้น ซึ่งทำให้แผนภาพเฟสซับซ้อนขึ้น |
| ความแม่นยำในการทำนายของแบบจำลองเชิงเส้นเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการที่ซับซ้อน | โมเดลอย่างง่ายสามารถทำนายช่วงความสามารถในการทำซ้ำได้โดยมีความแม่นยำใกล้เคียงกับเทคนิคการเรียนรู้ของเครื่องที่ซับซ้อน |
ปัญหาเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงความจำเป็นในการคิดใหม่เพื่อทำให้วัสดุมีเสถียรภาพมากขึ้นและผลิตได้ง่ายขึ้น
การสร้างวัสดุขั้นสูงสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ต้องใช้เงินเป็นจำนวนมาก วัสดุเหล่านี้มักต้องการองค์ประกอบที่หายากและวิธีการที่มีราคาแพง ทำให้ราคาแผงโซลาร์เซลล์สูงขึ้น ทำให้หาซื้อได้ยากขึ้น นอกจากนี้การออกแบบวัสดุเหล่านี้ยังยุ่งยากอีกด้วย เซลล์แสงอาทิตย์หลายชั้นต้องมีช่องว่างแถบความถี่ที่แตกต่างกันในแต่ละชั้น ต้องใช้ขั้นตอนการผลิตพิเศษ
นักวิจัยกำลังหาวิธีลดต้นทุนและทำให้การผลิตง่ายขึ้น การใช้คอมพิวเตอร์รุ่นต่างๆ ที่ง่ายกว่าสามารถประหยัดเงินแต่ยังคงความแม่นยำไว้ได้ ความพยายามเหล่านี้มีเป้าหมายเพื่อทำให้แผงโซลาร์เซลล์ราคาถูกและดียิ่งขึ้นสำหรับทุกคน
ควอนตัมดอทเป็นอนุภาคขนาดเล็กที่นำแนวคิดใหม่ๆ มาสู่การวิจัยช่องว่างของแถบความถี่ การเปลี่ยนขนาดช่วยให้คุณควบคุมวิธีที่พวกมันดูดซับแสงได้ ช่วยให้เซลล์แสงอาทิตย์เปลี่ยนแสงแดดเป็นไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น จุดควอนตัมจะเปลี่ยนระดับพลังงาน ปรับปรุงการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน สิ่งนี้จะช่วยเพิ่มความสามารถในการสร้างพลัง
การศึกษาล่าสุดแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของพวกเขา ตัวอย่างเช่น:
จุดควอนตัม CuLaSe₂ เพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานขึ้น 13.2%.
การเติมสังกะสีลงใน CuLaSe₂ ปรับปรุงประสิทธิภาพของวงจรจาก 1.85% เป็น 2.20%
ตัวอย่างเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าจุดควอนตัมสามารถทำให้เซลล์แสงอาทิตย์ทำงานได้ดีขึ้นและมีความยืดหยุ่นมากขึ้นได้อย่างไร
วัสดุไฮบริดผสมสารต่างๆ เพื่อปรับปรุงเซลล์แสงอาทิตย์ ตัวอย่างเช่น ลูกผสม Perovskite ช่วยประหยัดพลังงานและลดต้นทุน ภายในปี 2050 เซลล์เปอร์รอฟสไกต์สามารถทำได้ ลดการใช้พลังงานลง 30.66 % ระบบที่ใช้ซิลิคอนอาจประหยัดได้เพียง 25.51% เท่านั้น Perovskites สามารถประหยัดเงินได้ 443.71 เหรียญสหรัฐต่อปี เทียบกับ 369.26 เหรียญสหรัฐสำหรับเซลล์ซิลิคอน
แต่วัสดุไฮบริดมีปัญหาด้านสิ่งแวดล้อม Perovskites ปล่อยCO₂มากขึ้นในระหว่างการผลิต ซึ่งหมายความว่าจะใช้เวลานานกว่าในการสร้างสมดุลระหว่างผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม หรือประมาณ 6.81 ปี อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพสูงและต้นทุนต่ำทำให้มีความสำคัญสำหรับการวิจัยในอนาคต
ควอนตัมดอทและวัสดุผสมนำเสนอความเป็นไปได้ที่น่าตื่นเต้น พวกเขามุ่งหวังที่จะแก้ไขปัญหาในปัจจุบันและสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ที่ดีขึ้นและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น
ช่องว่างแถบพลังงานเป็นกุญแจสำคัญในการทำให้เซลล์แสงอาทิตย์มีประสิทธิภาพ การหยิบวัสดุที่มีช่องว่างแถบความถี่ที่เหมาะสมจะช่วยให้เซลล์แสงอาทิตย์ดูดซับแสงแดดได้ จากนั้นแสงอาทิตย์นี้จะถูกเปลี่ยนเป็นไฟฟ้า ซึ่งช่วยเพิ่มผลผลิตพลังงาน
ความคืบหน้าล่าสุดแสดงให้เห็นว่าเหตุใดช่องว่างของวงดนตรีจึงมีความสำคัญ:
เซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite มาถึงแล้ว ประสิทธิภาพ 26.1% เอาชนะเซลล์ซิลิคอน
เซลล์แสงอาทิตย์แบบเรียงกันใช้ช่องว่างของแถบความถี่ที่แตกต่างกันเพื่อจับแสงแดดได้มากขึ้น เซลล์เหล่านี้สามารถเข้าถึงประสิทธิภาพได้สูงถึง 40%
เพอร์รอฟสกีต์ที่มีช่องว่างของแถบกว้างทำงานได้ดีในอาคารที่มีแสงประดิษฐ์
ในการทำฟาร์ม วัสดุที่มีช่องว่างแถบกว้างช่วยให้พืชเติบโตไปพร้อมกับสร้างพลังงานได้
ตัวอย่างเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าการปรับปรุงช่องว่างของแถบความถี่สามารถทำให้เทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ดีขึ้นและมีประโยชน์มากขึ้นได้อย่างไร
ช่องว่างของแถบพลังงานมีความสำคัญต่ออนาคตของพลังงานสะอาด เซลล์แสงอาทิตย์ที่ดีขึ้นหมายถึงความต้องการเชื้อเพลิงฟอสซิลน้อยลงและการใช้พลังงานสะอาดมากขึ้น วัสดุที่มีช่องว่างแถบความถี่ที่ดีช่วยให้แผงโซลาร์เซลล์ทำงานได้ในหลายสถานที่ เช่น เมืองหรือฟาร์ม
วัสดุที่มีช่องว่างของแถบกว้างยังสร้างความเป็นไปได้ใหม่ๆ อีกด้วย พวกเขาปรับปรุงแผงโซลาร์เซลล์ในพื้นที่ที่มีแสงน้อย ทำให้มีพลังงานแสงอาทิตย์ได้ทุกที่ ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ปรับปรุงเทคโนโลยี band gap พลังงานแสงอาทิตย์จะมีราคาถูกลงและพบเห็นได้ทั่วไปมากขึ้น สิ่งนี้จะช่วยเร่งการเปลี่ยนมาใช้พลังงานสะอาดทั่วโลก
การวิจัย Band Gap มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อแผนพลังงานทั่วโลก เซลล์แสงอาทิตย์ที่ดีกว่าหมายถึงไฟฟ้าที่มากขึ้นจากแสงแดดเดียวกัน ซึ่งช่วยลดต้นทุนพลังงานหมุนเวียนและทำให้สามารถแข่งขันกับเชื้อเพลิงฟอสซิลได้
วัสดุที่มีช่องว่างของแถบกว้างยังช่วยประหยัดพลังงานในรูปแบบอื่นอีกด้วย ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อลดการสูญเสียพลังงานระหว่างการถ่ายโอนพลังงาน สิ่งนี้จะช่วยสร้างโครงข่ายพลังงานที่ชาญฉลาดยิ่งขึ้นและระบบหมุนเวียนที่ดีขึ้น ในขณะที่ประเทศต่างๆ ตั้งเป้าที่จะลดการปล่อยก๊าซคาร์บอน การปรับปรุงช่องว่างของแถบความถี่จะทำให้พลังงานสะอาดมีประสิทธิภาพมากขึ้น
การวิจัย Band Gap ช่วยได้มากกว่าแค่เซลล์แสงอาทิตย์ วัสดุช่องว่างแถบกว้างกำลังปรับปรุงเทคโนโลยีพลังงานมากมาย
| คำอธิบายแนวโน้ม | ผลกระทบต่อเทคโนโลยีพลังงาน |
|---|---|
| ความต้องการอุปกรณ์ประหยัดพลังงานเพิ่มมากขึ้น | วัสดุช่องว่างของแถบความถี่กว้างช่วยปรับปรุงระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลังเพื่อประสิทธิภาพที่ดีขึ้น |
| การเพิ่มขึ้นของยานพาหนะไฟฟ้า | วัสดุเหล่านี้ทำงานได้ดีที่อุณหภูมิและแรงดันไฟฟ้าสูง ซึ่งช่วย EVs |
| การขยายระบบพลังงานทดแทน | วัสดุช่องว่างแถบความถี่กว้างช่วยปรับปรุงระบบการผลิตและการจ่ายพลังงาน |
วัสดุอย่างแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) และซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) กำลังเปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรม ตัวอย่างเช่น:
พลังงานทดแทนใช้วัสดุเหล่านี้เพื่อปรับปรุงระบบไฟฟ้า
เครือข่าย 5G พึ่งพาเครือข่ายเหล่านี้เพื่อการสื่อสารที่รวดเร็วและดียิ่งขึ้น
ความก้าวหน้าเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าการวิจัยช่องว่างของแถบความถี่ปรับปรุงพลังงานแสงอาทิตย์และสาขาอื่นๆ อย่างไร ซึ่งนำไปสู่อนาคตที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น
ช่องว่างแถบพลังงานเป็นสิ่งสำคัญสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ มันตัดสินใจว่าจะเปลี่ยนแสงแดดเป็นไฟฟ้าได้ดีแค่ไหน การปรับปรุงช่องว่างของแถบความถี่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและจุดประกายแนวคิดใหม่ๆ เกี่ยวกับเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ ตัวอย่างเช่น การออกแบบพิเศษ เช่น โครงสร้าง 'หน้าผา' ช่วยลดการสูญเสียพลังงาน สิ่งนี้ช่วยปรับปรุง แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (V_OC ) ในทางกลับกัน โครงสร้าง 'สไปค์' จะขัดขวางการไหลของพลังงาน ส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลง ผลกระทบของ
| โครงสร้างเฮเทอโรจังค์ชันต่อ ราย | ประสิทธิภาพ | ละเอียดคีย์ |
|---|---|---|
| หน้าผา | มีประโยชน์ | ลดการสูญเสียพลังงาน เพิ่มแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (V_OC) |
| สไปค์ | เป็นอันตราย | ปิดกั้นการไหลของพลังงาน ลดประสิทธิภาพโดยรวม |
จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อแก้ไขปัญหาและปรับปรุงเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งจะช่วยสร้างพลังงานที่สะอาดขึ้นสำหรับอนาคต
ช่อง ว่างแถบพลังงาน เป็นพลังงานที่เล็กที่สุดที่จำเป็นสำหรับอิเล็กตรอนในการกระโดดจากระดับพลังงานต่ำไปยังระดับที่สูงขึ้น การกระโดดครั้งนี้คือสิ่งที่ช่วยให้เซลล์แสงอาทิตย์ผลิตไฟฟ้าได้
ช่องว่าง ของ แถบความถี่ จะตัดสินว่าเซลล์แสงอาทิตย์จะรับแสงอาทิตย์และเปลี่ยนให้เป็นไฟฟ้าได้ดีเพียงใด การเลือกช่องว่างของแถบความถี่ที่เหมาะสมจะทำให้เซลล์ทำงานได้ดีขึ้นและสูญเสียพลังงานน้อยลง
ที่ดีที่สุด ช่องว่างแถบความถี่ สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์คือประมาณ 1.5 eV ปริมาณนี้จะทำให้เซลล์ดูดซับแสงแดดได้ดีและหลีกเลี่ยงการสิ้นเปลืองพลังงานเป็นความร้อน
วัสดุที่แตกต่างกันจะมี ว่างของสายรัด เป็นของตัวเอง ช่อง ตัวอย่างเช่น ช่องว่างของแถบซิลิคอนคือ 1.1 eV ในขณะที่เพอร์รอฟสกี้อยู่ในช่วง 1.5 ถึง 2.3 eV ความแตกต่างเหล่านี้เปลี่ยนปริมาณแสงแดดที่สามารถเปลี่ยนให้เป็นไฟฟ้าได้
ใช่ ช่องว่างของแถบความถี่ สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการเพิ่มอะตอมอื่นๆ ให้กับวัสดุ หรือซ้อนชั้นที่มีช่องว่างของแถบที่แตกต่างกัน วิธีการเหล่านี้ช่วยให้เซลล์แสงอาทิตย์รับแสงแดดมากขึ้นและทำงานได้ดีขึ้น
หาก ช่องว่างของแถบความถี่ สูงเกินไป พลังงานจะสูญเสียไปในรูปของความร้อน หากต่ำเกินไป เซลล์จะดูดซับแสงแดดได้ไม่เพียงพอ ปัญหาทั้งสองนี้ทำให้เซลล์แสงอาทิตย์มีประสิทธิภาพน้อยลง
ใช่ วัสดุอย่างเพอรอฟสกี้และแกลเลียมอาร์เซไนด์สามารถทำงานได้ดีกว่าซิลิคอน พวกเขามี ช่องว่างของแถบความถี่ ที่ดีกว่า และมีประสิทธิภาพสูงกว่า แต่อาจมีราคาสูงกว่าหรืออยู่ได้ไม่นาน
การปรับปรุง ช่องว่างของแถบความถี่ ช่วยให้เซลล์แสงอาทิตย์ผลิตไฟฟ้าได้มากขึ้น สิ่งนี้สนับสนุนแผนระดับโลกในการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลให้น้อยลงและเปลี่ยนมาใช้พลังงานสะอาด
เคล็ดลับ: การทราบเกี่ยวกับ ช่องว่างของแถบพลังงาน จะช่วยให้คุณเลือกแผงโซลาร์เซลล์ที่ดีที่สุดสำหรับความต้องการของคุณได้
