在实验室尺度上为薄膜光伏使用的克塞里特纳米粒子的生态设计
Michael D K Jones1, Bethany L Willis1, Stephen Campbell1
1Department of Mathematics, Physics and Electrical Engineering, Northumbria University, Newcastle upon Tyne, NE1 8ST, U.K.
ACS sustainable chemistry & engineering
|August 9, 2024
概括
扩大铜锡硫化物 (CZTS) 纳米粒子合成的规模,大大减少了对环境的影响,并保持了太阳能电池的性能. 大批量生产为高效的CZTS太阳能电池提供了可持续的途径.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 可再生能源可再生能源是可再生能源.
- 化学工程是化学工程的重要组成部分.
背景情况:
- 铜锡硫化物 (CZTS) 纳米粒子对于薄膜太阳能电池应用至关重要.
- 环境可持续性是这些材料合成的关键考虑因素.
- 生命周期评估 (LCA) 对于评估化学过程的环境足迹至关重要.
研究的目的:
- 研究用于太阳能电池的CZTS纳米颗粒的高效和环境可持续的合成.
- 使用LCA评估合成量对环境足迹的影响.
- 通过模拟和实验验证优化大规模合成参数.
主要方法:
- 生命周期评估 (LCA) 用于评估不同合成卷的环境影响.
- COMSOL模拟用于模拟大规模制造的流体动力学.
- 使用拉曼光谱和X射线衍射对CZTS纳米粒子进行表征.
- 使用大批量合成吸收器制造和测试CZTSSe太阳能电池.
主要成果:
- 合成量增加5倍,环境影响降低了高达35.6%,全球变暖潜力降低了21.4%.
- 在COMSOL的模拟中,为大批次合成确定了最佳的动条件 (每分钟200转的50毫米杆).
- 大批量合成的CZTS吸收器表现出有利的性能和元素比率.
- 使用大批量CZTSSe制造的太阳能电池的性能 (效率约为5%) 与小批量同行相比相当.
结论:
- 大量合成CZTS纳米粒子墨水显著提高了环境可持续性.
- 优化的大规模合成保持了太阳能电池CZTS吸收器的质量和性能.
- 这种方法促进了高效和环保的CZTS太阳能电池技术的发展.
