Примена ултразвучне технологије у соларним ћелијама

Примена ултразвучне технологије у соларним ћелијама

Ултразвучна технологија игра све важнију улогу у производњи, обради и побољшању перформанси соларних ћелија. Првенствено користи локализоване екстремне температуре, притиске, ударне таласе и микромлазеве настале ултразвучном кавитацијом (брзо формирање и насилни колапс ситних мехурића у течности) да побољша својства материјала и обраду.

Следеће су главне примене ултразвучне технологије у области соларних ћелија:

1. Припрема и обрада материјала

* Дисперзија наноматеријала: У производњи перовскитних соларних ћелија, соларних ћелија квантних тачака или суспензије помоћу наночестица, ултразвук је кључно средство за дисперговање наночестица (као што су угљеничне наноцеви, графен и металне наночестице). Ефикасно разбија агломерате, формирајући уједначену и стабилну суспензију, чиме се побољшава проводљивост и униформност електрода.

* Третман раствором прекурсора перовскита: Ултразвучна обрада раствора прекурсора перовскита може унапредити потпуно растварање материјала као што је олово јодид, смањити кристална језгра у раствору и на тај начин добити уједначеније филмове перовскита са већом кристалином током накнадног формирања филма.

2. Таложење танког филма и процес формирања филма

* Ултразвучна пиролиза у спреју: Ово је техника наношења танког филма. Ултразвучни таласи распршују раствор прекурсора у изузетно мале и уједначене капљице, које се затим распршују на загрејану подлогу да би се тренутно формирао танак филм. Ова метода се може користити за таложење провидних проводљивих оксидних филмова (као што су цинк оксид и калај оксид) или перовскитних филмова, нудећи предности као што су висока искоришћеност материјала, добра униформност филма и погодност за производњу великих површина.

Потпомогнута кристализација: Примена ултразвука током процеса кристализације перовскитних филмова може регулисати кинетику кристализације. Ефекат кавитације и енергија вибрације ултразвука промовишу нуклеацију кристала и инхибирају раст дендрита, што резултира већим зрнима, мањим бројем дефеката и гушћим перовскитним поликристалним филмовима, значајно побољшавајући ефикасност и стабилност уређаја.

3. Прскање филма за батерије

Принцип рада: Језгро лежи у ултразвучној млазници за распршивање. Садржи пиезоелектрични претварач који генерише високофреквентне механичке вибрације када се примени електрични сигнал високе фреквенције (обично >20 кХз).

Атомизација: Када раствор прекурсора (као што је раствор прекурсора перовскита, сол провидног проводног оксида, итд.) протиче кроз вибрирајући врх млазнице, он се цепа на изузетно мале (микрометарске) и веома униформне капљице, формирајући „маглу“. Таложење: Ова „магла“, коју носи гас-носач (као што је азот), усмерава се на загрејану површину подлоге.

Формирање филма: При удару са врелом подлогом, капљице одмах испаравају, а раствор се таложи, постепено формирајући уједначен и густ танак филм.

Ултразвучно прскање је посебно погодно за нове технологије соларних ћелија са високим захтевима за униформност филма, коришћење материјала и обраду на ниским температурама

3.1. Перовските соларне ћелије

Ово је подручје примене ултразвучног прскања које највише омета.

Уједначено формирање филма велике површине: Квалитет (униформитет, кристалност) перовскитног филма директно одређује ефикасност ћелије. Ултразвучно прскање може директно да формира висококвалитетни прекурсорски влажни филм на подлози у једном кораку, у великој мери поједностављујући процес традиционалног центрифугирања (неприкладан за производњу великих површина).

Висока пропусност и производња ролна-на-ролна: Млазнице могу бити линеарно распоређене за континуирано прскање на покретним флексибилним подлогама (као што су фолија од нерђајућег челика, ПЕТ/ПЕН), савршено компатибилне са великом производњом ролна-на-ролна, и један је од кључних технолошких путева за комерцијалну масовну производњу перовскита.

Висока искоришћеност материјала: Традиционално центрифугирање отпада више од 95% материјала, док ултразвучно прскање, као процес усмереног таложења, постиже стопу искоришћења материјала од преко 90%, што значајно смањује цену скупих хемикалија (као што су ФАИ и ПбИ₂).

Израда вишеслојне структуре: Може се користити не само за прскање слојева перовскита који апсорбују светлост, већ и слојева за транспорт електрона (као што је СнО₂) и слојева за транспорт рупа, омогућавајући комплетан процес прскања.

3.2. Прозирне проводне електроде: Користе се за прскање танких филмова провидног проводног оксида, као што су АЗО (цинк оксид допиран алуминијумом) и ИТО. У поређењу са скупим вакуумским распршивањем, ултразвучно прскање је јефтина алтернатива под атмосферским притиском.

3.3. Друге танкослојне батерије: ЦИГС/ЦЗТС танкослојне соларне ћелије: Могу се користити за прскање раствора прекурсора или мастила наночестица.

Соларне ћелије осетљиве на боје: Користе се за прскање ТиО₂ порозних оквирних слојева или слојева катализатора против електрода.

4. Заваривање и међусобно повезивање: Ултразвучно заваривање:

Користи се у инкапсулацији модула за повезивање металних сабирница између соларних ћелија. Ово је нискотемпературна технологија заваривања у чврстом стању која користи високофреквентно вибрационо трење за стварање топлоте за повезивање, избегавајући потенцијално топлотно оштећење соларних ћелија услед високих температура. Посебно је погодан за температурно осетљиве танке силиконске плочице или нове соларне ћелије.

Резиме предности:

**У којима не доминира термички ефекат:** Многи процеси се могу изводити на собној температури или ниским температурама, смањујући топлотни стрес.

**Висока ефикасност и униформност:** Ефекти кавитације омогућавају интензивно мешање, дисперзију и убрзане реакције на микроскали.

**Зелено и еколошки прихватљиво:** Обично смањује употребу опасних хемикалија или скраћује време обраде.

**Широка применљивост:** Потенцијалне примене се крећу од базираних на силицијуму до нових перовскита и органских фотонапонских уређаја.

Како се технологија соларних ћелија развија ка већој ефикасности, нижим трошковима и већој флексибилности, ултразвучна технологија, као високо ефикасан и еколошки алат за побољшање процеса, ће се продубити своје примене. Очекује се да ће ултразвучна технологија постати једна од кључних технологија за побољшање перформанси и смањење трошкова производње, посебно у масовној штампарској производњи перовскитних соларних ћелија, нискотемпературном процесу силицијумских хетероспојних ћелија и производњи флексибилних уређаја.

предмет	Традиционалне методе	технологија ултразвучног прскања
Уједначеност премаза	Просечан, склон кори од поморанџе и капању	Одлична контрола прецизности на нанометарском нивоу.
Стопа искоришћења материјала	Ниско (30%-60%)	Висок (>90%)
Утицај на радни предмет	Може изазвати оштећење услед високог притиска или удара течности.	Бесконтактна, нежна и неоштећујућа.
Покривање сложеног облика	Јадно, много слепих тачака	Одлично, добро задржава форму
Управљивост процеса	Ниско	Изузетно висока контрола дигиталног програмирања
Дебљина премаза	Дебљи, теже контролисати	Ултра танак, са прецизношћу до субмикронског нивоа

В. Примене и будући изгледи

Тренутне примене: Примарно се користи у производњи врхунских ендоскопа као што су дуоденоскопи за једнократну употребу, бронхоскопи и колоноскопи, као и за поновну производњу и поправку ендоскопа за вишекратну употребу.

Будући трендови:

Мултифункционални композитни премази: Више слојева премаза са различитим функцијама се узастопно прскају на исту површину (нпр. антирефлексни премаз праћен хидрофобним премазом).

Интелигентизација и АИ интеграција: Коришћење машинског вида за аутоматску идентификацију области прскања и оптимизацију путање и параметара прскања путем АИ алгоритама.

Развој нових материјала: као што су премази за „самозарастање“ који аутоматски поправљају мање огреботине; или облоге напуњене лековима које ослобађају терапеутске лекове током прегледа.

У закључку, технологија ултразвучног прскања за полупроводничке ендоскопе је један од кључних производних процеса који обезбеђује високе перформансе, високу поузданост и сигурност савремених прецизних медицинских ендоскопа, и представља драгуљ у круни производње врхунских медицинских уређаја.