برآورد اقتصادی تولید سلول‌های خورشیدی پلیمری

نوع مقاله : گزارش

نویسندگان

پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران

چکیده

سلول‌های خورشیدی پلیمری نسل نسبتاَ جدیدی از مبدل‌های فوتوولتایی هستند که در سال‌های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. این نسل از سلول‌های خورشیدی به دلیل مزیت‌هایی همچون فراوانی مواد خام اولیه، امکان تولید در رنگ‌های مختلف بر اساس خواست مشتری، انعطاف‌پذیری، وزن سبک و هزینه کم تولید، قابلیت بسیار زیادی را برای تجاری­شدن و تولید در مقیاس صنعتی نشان می‌دهند. برای تجاری­شدن سلول‌های خورشیدی پلیمری، هزینه تمام­شده و ارزیابی جنبه‌های اقتصادی تولید صنعتی آن­ها بسیار حائز اهمیت بوده و تاکنون مطالعات اندکی در این باره انجام شده است. در این مقاله برآوردی از هزینه‌های مواد اولیه، فرایند تولید و در نهایت نصب و راه‌اندازی سامانه‌های تولید‌کننده انرژی الکتریکی برپایه سلول‌های خورشیدی پلیمری انجام گرفته است. نتایج نشان می‌دهد، باوجود کمتر بودن بازده تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی در این سامانه‌ها، به دلیل سازگاری فرایند ساخت آن­ها با چاپ رول به رول، هزینه تمام شده بسیار کم است. همچنین سلول‌های خورشیدی پلیمری، نه تنها با محصولات تجاری شده در این حوزه نظیر نوع سیلیکونی، بلکه با سایر سامانه‌های تولیدکننده انرژی الکتریکی نظیر سامانه‌های برپایه انرژی باد و آب نیز رقابت می‌‌کنند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Economic Estimation of Polymeric Solar Cells Fabrication

نویسندگان [English]

  • Ali Akbar Yousefi
  • Amirhosein Berendjchi
  • Samira Fallahdoost Moghadam
چکیده [English]

P olymeric solar cells are a relatively new generation of photovoltaics that have
received much attention in recent years. Due to advantages such as the abundance
of raw materials, the ability to produce in different colors according to customer demand,
flexibility, light weight and low production cost, this generation of solar cells has a great
potential for commercialization and production on large scale. In order to commercialize
the polymer solar cells, it is important to evaluate the costs and economic aspects of their
industrial production, and so far few studies have been done in this regard. In this paper, the
costs of raw materials, production process and finally the installation and commissioning
of electricity generating systems based on polymeric solar cells has been estimated. The
results show that despite the lower efficiency of solar energy conversion into electrical
energy in these systems, due to the adaptability of their manufacturing process with
roll-to-roll printing, the cost is very low. Polymer solar cells also compete not only with
commercial products in this field, such as silicon-based solar cells, but also with other
electricity generating systems, such as wind and water-based systems.

کلیدواژه‌ها [English]

  • polymeric solar cell
  • mass production
  • materials
  • fabrication process
  • module expenses
1. Macedo I.C., Seabra J.E., and Silva J.E., Greenhouse Gases Emissions in the Production and Use of Ethanol from
Sugarcane in Brazil: The 2005/2006 Averages and a Prediction for 2020, Biomass Bioenerg, 32, 582-595, 2008.
2. Howarth R.W., Santoro R., and Ingraffea A., Methane and the Greenhouse-gas Footprint of Natural Gas from Shale Formations, Clim. Change, 106, 679-690, 2011.
3. Yousefi A.A., Mohebbi A., and Fallahdoust Moghadam S., Polymer Solar Cells: Components, Production, Applications,
and the Market, Polymerization (Persian), 8, 65-78, 2017.
4. Kazemifard S., Naji L., Afshar Taromi F., and Fakharan Z., Polymer Solar Cells and Their Performance Mechanism and
Characterization, Polymerization (Persian), 6, 44-54, 2016.
5. Kim Y.Y., Yang T.Y., Suhonen R., Välimäki M., Maaninen T., Kemppainen A., and Seo J., Gravure-Printed Flexible
Perovskite Solar Cells: Toward Roll-to-Roll Manufacturing, Adv. Sci., 6, 1802094, 2019. DOI: 10.1002/advs.201802094
6. Agbolaghi S., Procedures for Increasing the Efficiency of Polymeric P3HT:PCBM Solar Cells, Polymerization
(Persian), 8, 20-31, 2018.
7. Mahmoudi S., Naji L., and Kazemifard S., An Introduction to Poly(3,4-thiophene) ethylenedioxy-Polystyrene Sulfonate as a
 Hole Transporting Layer in Polymer Solar Cells, Polymerization  (Persian), 7, 13-25, 2016.
8. Wong K.H., Mason C.W., Devaraj S., Ouyang J., and Balaya P., Low Temperature Aqueous Electrodeposited TiOx Thin Films as Electron Extraction Layer for Efficient Inverted Organic Solar Cells, ACS Appl. Mater., 6, 2679-2685, 2014.
9. Haque S.K., Ardila-Rey J.A., Umar Y., Rahman H., Mas’ud A.A., Muhammad-Sukki F., and Albarracín R., Polymeric
Materials for Conversion of Electromagnetic Waves from the Sun to Electric Power, Polymers, 10, 307, 2018. DOI:
10.3390/polym10030307
10. Ashassi-Sorkhabi H., Asghari E., and Mirmohseni A., Photovoltaic Properties of Polyanilinecopoly(butyl acrylate/
vinyl acetate) Composite, Iran. Polym. J., 17, 711-719, 2008.
11. Kalowekamo J. and Baker E., Estimating the Manufacturing Cost of Purely Organic Solar Cells, Sol. Energy, 83, 1224-
1231, 2009.
12. Bagher A.M., Comparison of Organic Solar Cells and Inorganic Solar Cells, Renew. Sust., 3, 53-58, 2014.
13. Azzopardi B., Emmott C.J., Urbina A., Krebs F.C., Mutale J., and Nelson J., Economic Assessment of Solar Electricity Production from Organic-based Photovoltaic Modules in a Domestic Environment, Energy Environ. Sci., 4, 3741-3753, 2011.
14. Kuwabara T., Nakayama T., Uozumi K., Yamaguchi T., andTakahashi K., Highly Durable Inverted-type Organic Solar
Cell Using Amorphous Titanium Oxide as Electron Collection Electrode Inserted Between ITO and Organic Layer, Sol.
Energy Mater. Sol. Cells, 92, 1476-1482, 2008.
15. Guo J. and Min J., A Cost Analysis of Fully Solution-Processed ITO-Free Organic Solar Modules, Adv. Energy Mater., 9,
1802521, 2019. DOI: 10.1002/aenm.201802521
16. Mulligan C.J., Wilson M., Bryant G., Vaughan B., Zhou X., Belcher W.J., and Dastoor P.C., A Projection of Commercialscale Organic Photovoltaic Module Costs, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 120, 9-17, 2014.
17. Mulligan C.J., Bilen C., Zhou X., Belcher W.J., and Dastoor P.C., Levelised Cost of Electricity for Organic Photovoltaics,
Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 133, 26-31, 2015.
18. Kalowekamo J. and Baker E., Estimating the Manufacturing Cost of Purely Organic Solar Cells, Sol. Energy, 83, 1224-
1231, 2009.
19. Xue R., Zhang J., Li Y., and Li Y., Organic Solar Cell Materials Toward Commercialization, Small, 14, 1801793, 2018. DOI:
10.1002/smll.201801793
20. Peters M.S., Timmerhaus K.D., West R.E., Timmerhaus K., and West R., Plant Design and Economics for Chemical
Engineers, McGraw-Hill, New York, 258-310, 1968.
21. Lo V., Landrock C., Kaminska B., and Maine E., Manufacturing Cost Modeling for Flexible Organic Solar Cells, Proceedings
of PICMET’12: Technology Management for Emerging Technologies, Vancouver, 2951-2956, 29 July-2 August, 2012.
22. Menke S.M., Ran N.A., Bazan G.C., and Friend, R.H., Understanding Energy Loss in Organic Solar Cells: Toward a
New Efficiency Regime, Joule, 2, 25-35, 2018.
23. Machui F., Hösel M., Li N., Spyropoulos G.D., Ameri T., Søndergaard R.R., and Lenssen D., Cost Analysis of Roll-to-
Roll Fabricated ITO Free Single and Tandem Organic Solar Modules Based on Data from Manufacture, Energy Environ.
Sci., 7, 2792-2802, 2014.