V fotovoltaični industriji je Perovskite v zadnjih letih vroče povpraševanje. Razlog, zakaj se je na področju sončnih celic pojavil kot "najljubši", je posledica njegovih edinstvenih pogojev. Kalcijev titanijeva ruda ima veliko odličnih fotovoltaičnih lastnosti, preprost postopek priprave ter široko paleto surovin in obilne vsebine. Poleg tega se lahko Perovskit uporablja tudi v zemeljskih elektrarnah, letalstvu, gradnji, napravah za proizvodnjo električne energije in številnih drugih poljih.
21. marca se je Ningde Times prijavil za patent "Sončna celica kalcija titanita in njegovo metodo priprave in napajalno napravo". V zadnjih letih je s podporo domačih politik in ukrepov industrija kalcijevega titana, ki jo predstavljajo sončne celice kalcijevega titana, močno napredovali. Kaj je torej Perovskite? Kako je industrializacija perovskita? S katerimi izzivi se še vedno soočajo? Science and Technology Daily Reporter je intervjuval ustrezne strokovnjake.
Perovskit ni niti kalcij niti titana.
Tako imenovani perovskiti niso niti kalcij niti titana, ampak generični izraz za razred "keramičnih oksidov" z isto kristalno strukturo, z molekularno formulo ABX3. A pomeni "velik polmer kation", B za "kovinski kation" in x za "halogen anion". A pomeni "velik polmer kation", B pomeni "kovinski kation" in X pomeni "halogen anion". Ti trije ioni lahko kažejo številne neverjetne fizikalne lastnosti z razporeditvijo različnih elementov ali s prilagajanjem razdalje med njimi, vključno z izolacijo, feroelektričnostjo, antiferromagnetizmom, velikanskim magnetnim učinkom itd.
"Glede na elementarno sestavo materiala lahko Perovskite grobo razdelimo v tri kategorije: zapletene kovinske oksidne perovskite, organske hibridne perovskite in anorganski halogenirani perovskiti." Luo Jingshan, profesor na univerzi Nankai, šoli za elektronske informacije in optični inženiring, je predstavil, da sta kalcijev titaniti, ki se zdaj uporabljajo v fotovoltaikih, običajno zadnji.
Perovskit se lahko uporablja na številnih področjih, kot so kopenske elektrarne, vesoljske, gradbene in nosljive naprave za proizvodnjo električne energije. Med njimi je fotonapetostno polje glavno območje uporabe Perovskita. Strukture kalcijevega titanita so zelo oblikovane in imajo zelo dobre fotonapetostne zmogljivosti, kar je v zadnjih letih priljubljena raziskovalna smer na fotonapetostnem področju.
Industrializacija Perovskita se pospešuje, domača podjetja pa se potegujejo za postavitev. Poročalo se je, da je bilo prvih 5.000 kosov modulov kalcijevega titanijevega ruda odposlano iz Hangzhou Fina Photoeelctric Technology Co., Ltd; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. prav tako pospešuje konstrukcijo največje svetovne pilotne linije s polnim 150 MW polne kalcijeve rude iz laminirane rude; KUNSHAN GCL Photoeelctric Materials Co. Ltd. 150 MW kalcijev titanijev rudni fotovoltaični modul proizvodne linije je bila dokončana in uvedena decembra 2022, letna izhodna vrednost pa lahko po doseganju proizvodnje doseže 300 milijonov juanov.
Kalcijev titanijeva ruda ima očitne prednosti v fotovoltaični industriji
V fotovoltaični industriji je Perovskite v zadnjih letih vroče povpraševanje. Razlog, zakaj se je na področju sončnih celic pojavil kot "najljubši", je posledica lastnih edinstvenih pogojev.
„Prvič, Perovskite ima številne odlične optoelektronske lastnosti, kot so nastavljiva vrzel v pasu, visok absorpcijski koeficient, nizka energija vezave ekscitona, mobilnost visoke nosilce, visoka toleranca za napako itd.; Drugič, postopek priprave Perovskita je preprost in lahko doseže prosojnost, ultra lažjo, ultra tankost, prilagodljivost itd. Končno so surovine Perovskite široko dostopne in obilne. " Predstavil je Luo Jingshan. In priprava perovskita zahteva tudi razmeroma nizko čistost surovin.
Trenutno PV polje uporablja veliko število sončnih celic na osnovi silicija, ki jih lahko razdelimo na monokristalni silicij, polikristalni silicij in amorfne silicijeve sončne celice. Teoretični fotoelektrični pretvorbeni pol kristalnih silicijevih celic znaša 29,4%, trenutno laboratorijsko okolje pa lahko doseže največ 26,7%, kar je zelo blizu stropu pretvorbe; Predvidljivo je, da bo tudi mejni dobiček tehnološkega izboljšanja postal tudi manjši in manjši. V nasprotju s tem ima učinkovitost fotovoltaične pretvorbe perovskitskih celic višjo teoretično vrednost pol 33%, in če sta dve perovskitni celici zloženi navzgor in navzdol, lahko teoretična učinkovitost pretvorbe doseže 45%.
Poleg "učinkovitosti" je še en pomemben dejavnik "strošek". Na primer, razlog, zakaj se stroški prve generacije tankih filmskih baterij ne morejo znižati, je, da so rezerve kadmija in galijev, ki sta redki elementi na zemlji, premajhni, zato je bolj razvita industrija je, večje kot je povpraševanje, višji so proizvodni stroški in nikoli ni mogel postati glavni izdelek. Surovine Perovskita so razporejene v velikih količinah na zemlji, cena pa je tudi zelo poceni.
Poleg tega je debelina kalcijevega titanskega rudnega premaza za kalcijeve titanske rudne baterije le nekaj sto nanometrov, približno 1/500. Podpora silicijevih rezin, kar pomeni, da je povpraševanje po materialu zelo majhno. Na primer, trenutno globalno povpraševanje po silicijevem materialu za kristalne silicijeve celice je približno 500.000 ton na leto, in če bodo vse nadomeščene s perovskitnimi celicami, bo potrebnih le približno 1000 ton perovskita.
Glede na stroške proizvodnje kristalne silicijeve celice zahtevajo čiščenje silicija na 99.9999%, zato je treba silicij segreti na 1400 stopinj Celzija, stopiti v tekočino, vleči v okrogle palice in nato sestaviti v celice z vsaj štirimi tovarnami in dvema tokami do treh dni vmes in večjo porabo energije. Nasprotno pa je za proizvodnjo perovskitskih celic treba le uporabiti perovskitno osnovno tekočino na substrat in nato počakati na kristalizacijo. Celoten postopek vključuje samo steklo, lepilni film, perovskite in kemične materiale in ga je mogoče dokončati v eni tovarni, celoten postopek pa traja le približno 45 minut.
"Sončne celice, pripravljene iz Perovskita, imajo odlično učinkovitost fotoelektrične pretvorbe, ki je v tej fazi dosegla 25,7%, in lahko v prihodnosti nadomestijo tradicionalne sončne celice na osnovi silicija, da postanejo komercialni glavni tok." Je rekel Luo Jingshan.
Za spodbujanje industrializacije je treba rešiti tri glavne težave
Pri napredovanju industrializacije halkocita morajo ljudje še vedno rešiti 3 težave, in sicer dolgoročno stabilnost halkocita, pripravo velikega območja in strupenost svinca.
Prvič, Perovskit je zelo občutljiv na okolje, dejavniki, kot so temperatura, vlaga, svetloba in obremenitev vezja, lahko privedejo do razpada Perovskita in zmanjšanja učinkovitosti celic. Trenutno večina laboratorijskih perovskitskih modulov ne ustreza mednarodnemu standardu IEC 61215 za fotonapetostne izdelke, niti ne doseže 10-20-letne življenjske dobe silicijevih sončnih celic, zato stroški Perovskita še vedno niso koristni na tradicionalnem fotovoltajskem polju. Poleg tega je mehanizem razgradnje Perovskita in njegovih naprav zelo zapleten in na terenu ni ravno jasnega razumevanja procesa, niti ni enotnega kvantitativnega standarda, ki škoduje raziskavam stabilnosti.
Drugo pomembno vprašanje je, kako jih pripraviti v velikem obsegu. Trenutno, ko se v laboratoriju izvajajo študije optimizacije naprav, je učinkovito svetlobno območje uporabljenih naprav običajno manjše od 1 cm2, in ko gre za komercialno uporabo obsežnih komponent ali zamenjano. Glavne metode, ki trenutno veljajo za pripravo filmov Perovskita na velikem območju, so metoda rešitve in metoda vakuuma izhlapevanja. Pri metodi raztopine koncentracija in razmerje raztopine predhodnika, vrsta topila in čas shranjevanja močno vplivajo na kakovost filmov Perovskita. Metoda izhlapevanja vakuuma pripravlja kakovostno in nadzorovano odlaganje perovskitnih filmov, vendar je spet težko doseči dober stik med predhodniki in substrati. Poleg tega je treba v velikem območju pripraviti tudi transportno plast naprave Perovskite, je treba v industrijski proizvodnji vzpostaviti proizvodno linijo z neprekinjenim odlaganjem vsake plasti. Na splošno je postopek priprave tankih filmov Perovskita na velikem območju še vedno treba še naprej optimizacijo.
Končno je zaskrbljujoče tudi strupenost svinca. Med postopkom staranja trenutnih visoko učinkovitosti Perovskite naprav Perovskit razgradi, da bi ustvaril proste svinčene ione in svinčene monomere, ki bodo nevarno za zdravje, ko bodo vstopili v človeško telo.
Luo Jingshan verjame, da je mogoče težave, kot je stabilnost, rešiti s pakiranjem naprav. "Če se v prihodnosti rešita ti dve težavi, lahko obstaja tudi zrel postopek priprave, lahko tudi naprave Perovskita vdelate v prosojno steklo ali na površini zgradb, da dosežejo integracijo fotonapetosti druga polja, tako da Perovskite v vesolju brez vode in kisikovega okolja igra največjo vlogo. " Luo Jingshan je prepričan v prihodnost Perovskita.
Čas objave: april-15-2023