Anvendelse af ultralydsteknologi i solceller

Anvendelse af ultralydsteknologi i solceller

Ultralydsteknologi spiller en stadig vigtigere rolle i fremstilling, forarbejdning og ydeevneforbedring af solceller. Den udnytter primært de lokaliserede ekstreme temperaturer, tryk, chokbølger og mikrojets genereret af ultralydskavitation (den hurtige dannelse og voldsomme kollaps af små bobler i en væske) til at forbedre materialeegenskaber og forarbejdning.

Følgende er de vigtigste anvendelser af ultralydsteknologi inden for solceller:

1. Materialeforberedelse og forarbejdning

* Spredning af nanomateriale: Ved fremstilling af perovskit-solceller, kvanteprik-solceller eller opslæmninger ved hjælp af nanopartikler er ultralyd et nøgleværktøj til at sprede nanopartikler (såsom kulstofnanorør, grafen og metalnanopartikler). Det nedbryder effektivt agglomerater og danner en ensartet og stabil opslæmning og forbedrer derved ledningsevnen og ensartetheden af ​​elektroderne.

* Perovskite Precursor Solution Treatment: Ultralydsbehandling af perovskite precursor-opløsninger kan fremme den fuldstændige opløsning af materialer såsom blyiodid, reducere krystalkerner i opløsningen og dermed opnå mere ensartede perovskitfilm med højere krystallinitet under efterfølgende filmdannelse.

2. Tyndfilmsaflejring og filmdannelsesproces

* Ultralydsspraypyrolyse: Dette er en tyndfilmsaflejringsteknik. Ultralydsbølger forstøver precursoropløsningen til ekstremt små og ensartede dråber, som derefter sprøjtes på et opvarmet substrat for øjeblikkeligt at danne en tynd film. Denne metode kan bruges til at afsætte transparente ledende oxidfilm (såsom zinkoxid og tinoxid) eller perovskitfilm, hvilket giver fordele såsom høj materialeudnyttelse, god filmensartethed og egnethed til fremstilling af store arealer.

Assisteret krystallisation: Anvendelse af ultralyd under krystalliseringsprocessen af ​​perovskitfilm kan regulere krystallisationskinetikken. Kavitationseffekten og vibrationsenergien af ​​ultralyd fremmer krystalkernedannelse og hæmmer dendritvækst, hvilket resulterer i større korn, færre defekter og tættere perovskit polykrystallinske film, hvilket væsentligt forbedrer enhedens effektivitet og stabilitet.

3. Batterifilmsprøjtning

Arbejdsprincip: Kernen ligger i ultralydsforstøvningsdysen. Den indeholder en piezoelektrisk transducer, der genererer højfrekvent mekanisk vibration, når et højfrekvent elektrisk signal (typisk >20 kHz) påføres.

Forstøvning: Når forstadieopløsningen (såsom perovskitprækursoropløsning, transparent ledende oxidsol osv.) strømmer gennem den vibrerende dysespids, rives den i ekstremt små (mikrometerskala) og meget ensartede dråber, der danner en 'tåge'. Aflejring: Denne 'tåge', båret af en bæregas (såsom nitrogen), ledes til den opvarmede substratoverflade.

Filmdannelse: Ved påvirkning af det varme substrat fordamper dråberne øjeblikkeligt, og det opløste stof aflejrer sig og danner gradvist en ensartet og tæt tynd film.

Ultralydssprøjtning er særligt velegnet til nye solcelleteknologier med høje krav til filmensartethed, materialeudnyttelse og lavtemperaturbehandling

3.1. Perovskite solceller

Dette er det mest forstyrrende anvendelsesområde for ultralydssprøjtning.

Ensartet filmdannelse med stort område: Kvaliteten (ensartethed, krystallinitet) af perovskitfilmen bestemmer direkte celleeffektiviteten. Ultralydssprøjtning kan direkte danne en våd film af høj kvalitet på substratet i ét trin, hvilket i høj grad forenkler processen med traditionel spin-coating (uegnet til produktion af store arealer).

High-Throughput og Roll-to-Roll-produktion: Dyserne kan arrangeres lineært til kontinuerlig sprøjtning på bevægelige fleksible substrater (såsom rustfrit stålfolie, PET/PEN), perfekt kompatibel med roll-to-roll-produktion i stor skala og er en af ​​de vigtigste teknologiske veje til kommerciel masseproduktion af perovskite.

Høj materialeudnyttelse: Traditionel spincoating spilder over 95 % af materialet, mens ultralydssprøjtning, som er en retningsbestemt deponeringsproces, opnår en materialeudnyttelsesgrad på over 90 %, hvilket væsentligt reducerer omkostningerne ved dyre kemikalier (såsom FAI og PbI₂).

Fremstilling af flerlagsstruktur: Det kan ikke kun bruges til at sprøjte perovskit lysabsorberende lag, men også elektrontransportlag (såsom SnO₂) og hultransportlag, hvilket muliggør en komplet sprøjteproces.

3.2. Transparente ledende elektroder: Bruges til at sprøjte gennemsigtige ledende oxid tynde film, såsom AZO (aluminium-doteret zinkoxid) og ITO. Sammenlignet med dyr vakuumforstøvning er ultralydssprøjtning et billigt alternativ til atmosfærisk tryk.

3.3. Andre tyndfilmsbatterier: CIGS/CZTS tyndfilmsolceller: Kan bruges til sprøjtning af prækursoropløsninger eller nanopartikelblæk.

Farve-sensibiliserede solceller: Anvendes til sprøjtning af TiO₂ porøse rammelag eller modelektrode-katalysatorlag.

4. Svejsning og sammenkobling: Ultralydssvejsning:

Anvendes i modulindkapsling til forbindelse af metalskinne mellem solceller. Dette er en solid-state svejseteknologi med lav temperatur, der bruger højfrekvent vibrationsfriktion til at generere varme til tilslutning, hvilket undgår potentiel termisk skade på solcellerne fra høje temperaturer. Den er især velegnet til temperaturfølsomme tynde siliciumskiver eller nye solceller.

Oversigt over fordele:

**Ikke-termisk effektdomineret:** Mange processer kan udføres ved stuetemperatur eller lave temperaturer, hvilket reducerer termisk stress.

**Høj effektivitet og ensartethed:** Kavitationseffekter muliggør intens blanding, dispersion og accelererede reaktioner på mikroskala.

**Grønt og miljøvenligt:** Reducerer typisk brugen af ​​farlige kemikalier eller forkorter behandlingstiden.

**Bred anvendelighed:** Potentielle anvendelser spænder fra siliciumbaseret til ny perovskit og organisk solcelle.

Efterhånden som solcelleteknologien udvikler sig i retning af højere effektivitet, lavere omkostninger og større fleksibilitet, vil ultralydsteknologi, som et yderst effektivt og grønt procesforbedringsværktøj, se dets anvendelser blive uddybet. Især i storskala printfremstilling af perovskit-solceller, lavtemperaturprocessen af ​​siliciumheterojunction-celler og fremstilling af fleksible enheder, forventes ultralydsteknologi at blive en af ​​nøgleteknologierne til at forbedre ydeevnen og reducere fremstillingsomkostningerne.

punkt	Traditionelle metoder	ultralydssprøjteteknologi
Belægningens ensartethed	Gennemsnitlig, tilbøjelig til appelsinskal og dryppende	Fremragende præcisionskontrol på nanometerniveau.
Materialeudnyttelsesgrad	Lav (30%-60%)	Høj (>90 %)
Påvirkning af emnet	Kan forårsage skade på grund af højt tryk eller væskepåvirkning.	Berøringsfri, skånsom og ikke-skadende.
Kompleks formdækning	Dårlig, mange blinde vinkler	Fremragende, god formfastholdelse
Processtyrbarhed	Lav	Ekstremt høj, digital programmeringskontrol
Belægningstykkelse	Tykkere, sværere at kontrollere	Ultratynd, med præcision ned til submikronniveau

V. Ansøgninger og fremtidsudsigter

Nuværende applikationer: Anvendes primært til fremstilling af avancerede endoskoper såsom engangsduodenoskoper, bronkoskoper og koloskoper, samt genfremstilling og reparation af genanvendelige endoskoper.

Fremtidige tendenser:

Multifunktionelle kompositbelægninger: Flere lag belægninger med forskellige funktioner sprøjtes sekventielt på den samme overflade (f.eks. antireflekterende belægning efterfulgt af hydrofob belægning).

Intelligentisering og AI-integration: Bruger maskinsyn til automatisk at identificere sprøjteområdet og optimere sprøjtevejen og parametrene gennem AI-algoritmer.

Ny materialeudvikling: Såsom 'selvhelende' belægninger, der automatisk reparerer mindre ridser; eller lægemiddelfyldte belægninger, der frigiver terapeutiske lægemidler under undersøgelse.

Som konklusion er ultralydssprøjteteknologi til halvlederendoskoper en af ​​de vigtigste fremstillingsprocesser, der sikrer høj ydeevne, høj pålidelighed og sikkerhed af moderne præcisionsmedicinske endoskoper, og er en juvel i kronen på avanceret fremstilling af medicinsk udstyr.