V fotovoltaični industriji je perovskit v zadnjih letih veliko povpraševanje.Razlog, zakaj se je pojavil kot "najljubši" na področju sončnih celic, so njegovi edinstveni pogoji.Kalcijevo-titanova ruda ima veliko odličnih fotonapetostnih lastnosti, preprost postopek priprave ter široko paleto surovin in bogato vsebnost.Poleg tega se lahko perovskit uporablja tudi v zemeljskih elektrarnah, letalstvu, gradbeništvu, nosljivih napravah za proizvodnjo električne energije in na številnih drugih področjih.
21. marca je Ningde Times zaprosil za patent "sončne celice iz kalcijevega titanita in metode njene priprave ter napajalne naprave".V zadnjih letih je s podporo domačih politik in ukrepov industrija kalcijeve in titanove rude, ki jo predstavljajo sončne celice iz kalcijeve in titanove rude, močno napredovala.Kaj je torej perovskit?Kako poteka industrializacija perovskita?S katerimi izzivi se še soočate?Novinar Science and Technology Daily je intervjuval ustrezne strokovnjake.
Perovskit ni niti kalcij niti titan.
Tako imenovani perovskiti niso niti kalcij niti titan, temveč generični izraz za razred "keramičnih oksidov" z enako kristalno strukturo z molekulsko formulo ABX3.A pomeni "kation z velikim radijem", B za "kovinski kation" in X za "halogen anion".A pomeni "kation velikega radija", B pomeni "kovinski kation" in X pomeni "halogen anion".Ti trije ioni lahko pokažejo številne osupljive fizikalne lastnosti z razporeditvijo različnih elementov ali s prilagoditvijo razdalje med njimi, vključno z, a ne omejeno na, izolacijo, feroelektričnostjo, antiferomagnetizmom, velikanskim magnetnim učinkom itd.
"Glede na elementarno sestavo materiala lahko perovskite grobo razdelimo v tri kategorije: perovskite s kompleksnim kovinskim oksidom, organske hibridne perovskite in anorganske halogenirane perovskite."Luo Jingshan, profesor na šoli za elektronske informacije in optični inženiring univerze Nankai, je predstavil, da sta kalcijeva titanita, ki se zdaj uporabljata v fotovoltaiki, običajno zadnja dva.
perovskit se lahko uporablja na številnih področjih, kot so kopenske elektrarne, vesoljski promet, gradbeništvo in naprave za proizvodnjo električne energije.Med njimi je fotovoltaično polje glavno področje uporabe perovskita.Strukture kalcijevega titanita so zelo oblikovane in imajo zelo dobro fotovoltaično zmogljivost, kar je v zadnjih letih priljubljena raziskovalna smer na področju fotovoltaike.
Industrializacija perovskita se pospešuje in domača podjetja tekmujejo za postavitev.Poroča se, da je prvih 5000 kosov modulov kalcijeve titanove rude poslalo Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd;Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. prav tako pospešuje gradnjo največje pilotne linije s 150 MW polno laminirano kalcijevo titanovo rudo na svetu;Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MW proizvodna linija za fotonapetostne module iz kalcijeve in titanove rude je bila dokončana in dana v obratovanje decembra 2022, letna vrednost proizvodnje pa lahko po doseženi proizvodnji doseže 300 milijonov juanov.
Kalcijeva titanova ruda ima očitne prednosti v fotovoltaični industriji
V fotovoltaični industriji je perovskit v zadnjih letih veliko povpraševanje.Razlog, zakaj se je pojavil kot "najljubši" na področju sončnih celic, so njegovi edinstveni pogoji.
»Prvič, perovskit ima številne odlične optoelektronske lastnosti, kot so nastavljiva pasovna vrzel, visok absorpcijski koeficient, nizka energija vezave ekscitona, visoka mobilnost nosilcev, visoka toleranca za napake itd.;drugič, postopek priprave perovskita je preprost in lahko doseže prosojnost, ultra-lahkost, ultra-tankost, fleksibilnost itd. Nazadnje, perovskitne surovine so široko dostopne in jih je v izobilju.«Predstavljen Luo Jingshan.In priprava perovskita zahteva tudi relativno nizko čistost surovin.
Trenutno polje PV uporablja veliko število sončnih celic na osnovi silicija, ki jih lahko razdelimo na sončne celice iz monokristalnega silicija, polikristalnega silicija in amorfnega silicija.Teoretični fotoelektrični pretvorbeni pol celic iz kristalnega silicija je 29,4 %, trenutno laboratorijsko okolje pa lahko doseže največ 26,7 %, kar je zelo blizu zgornje meje pretvorbe;predvideti je, da bo tudi mejni dobiček tehnološkega napredka vedno manjši.V nasprotju s tem ima učinkovitost fotovoltaične pretvorbe perovskitnih celic višjo teoretično vrednost pola 33 %, in če sta dve perovskitni celici zloženi gor in dol skupaj, lahko teoretična učinkovitost pretvorbe doseže 45 %.
Poleg »učinkovitosti« je še en pomemben dejavnik »strošek«.Na primer, razlog, zakaj se stroški prve generacije tankoslojnih baterij ne morejo znižati, je v tem, da so zaloge kadmija in galija, ki sta redka elementa na zemlji, premajhne, in posledično bolj razvita industrija Večje kot je povpraševanje, višji so proizvodni stroški, in nikoli ni mogel postati običajni izdelek.Surovine perovskita so na zemlji razširjene v velikih količinah, cena pa je tudi zelo nizka.
Poleg tega je debelina prevleke iz kalcijeve in titanove rude za baterije iz kalcijeve in titanove rude le nekaj sto nanometrov, približno 1/500 debeline silicijevih rezin, kar pomeni, da je povpraševanje po materialu zelo majhno.Na primer, trenutno svetovno povpraševanje po silicijevem materialu za kristalne silicijeve celice je približno 500.000 ton na leto, in če jih vse zamenjamo s perovskitnimi celicami, bo potrebnih le približno 1000 ton perovskita.
Kar zadeva stroške izdelave, celice iz kristalnega silicija zahtevajo čiščenje silicija na 99,9999 %, zato je treba silicij segreti na 1400 stopinj Celzija, stopiti v tekočino, vlečeti v okrogle palice in rezine ter nato sestaviti v celice z vsaj štirimi tovarnami in dvema do treh dni vmes in večjo porabo energije.Nasprotno pa je za proizvodnjo perovskitnih celic potrebno le nanesti perovskitno osnovno tekočino na podlago in nato počakati na kristalizacijo.Celoten postopek vključuje le steklo, lepilni film, perovskit in kemične materiale in se lahko zaključi v eni tovarni, celoten postopek pa traja le približno 45 minut.
"Sončne celice, pripravljene iz perovskita, imajo odlično učinkovitost fotoelektrične pretvorbe, ki je na tej stopnji dosegla 25,7 %, in lahko v prihodnosti nadomestijo tradicionalne sončne celice na osnovi silicija in postanejo komercialni mainstream."je rekel Luo Jingshan.
Obstajajo tri glavne težave, ki jih je treba rešiti za spodbujanje industrializacije
Pri napredovanju industrializacije halkocita morajo ljudje še vedno rešiti 3 težave, in sicer dolgoročno stabilnost halkocita, pripravo velikih površin in toksičnost svinca.
Prvič, perovskit je zelo občutljiv na okolje in dejavniki, kot so temperatura, vlaga, svetloba in obremenitev vezja, lahko povzročijo razgradnjo perovskita in zmanjšanje učinkovitosti celic.Trenutno večina laboratorijskih perovskitnih modulov ne izpolnjuje mednarodnega standarda IEC 61215 za fotonapetostne izdelke, niti ne dosegajo 10-20-letne življenjske dobe silicijevih sončnih celic, zato cena perovskita še vedno ni ugodna na tradicionalnem fotovoltaičnem področju.Poleg tega je mehanizem razgradnje perovskita in njegovih naprav zelo zapleten in ni zelo jasnega razumevanja procesa na tem področju, niti ni enotnega kvantitativnega standarda, kar škoduje raziskavam stabilnosti.
Drugo pomembno vprašanje je, kako jih pripraviti v velikem obsegu.Trenutno, ko se študije optimizacije naprav izvajajo v laboratoriju, je efektivna svetlobna površina uporabljenih naprav običajno manjša od 1 cm2, in ko gre za stopnjo komercialne uporabe velikih komponent, je treba izboljšati metode laboratorijske priprave ali zamenjati.Glavni metodi, ki se trenutno uporabljata za pripravo perovskitnih filmov z velikimi površinami, sta metoda raztopine in metoda vakuumske evaporacije.Pri raztopinski metodi imajo koncentracija in razmerje predhodne raztopine, vrsta topila in čas shranjevanja velik vpliv na kakovost perovskitnih filmov.Metoda vakuumske evaporacije pripravi kakovostno in nadzorovano nanašanje perovskitnih filmov, vendar je ponovno težko doseči dober stik med prekurzorji in substrati.Poleg tega, ker je treba transportno plast naboja perovskitne naprave pripraviti tudi na velikem območju, je treba v industrijski proizvodnji vzpostaviti proizvodno linijo z neprekinjenim nanašanjem vsake plasti.Na splošno je treba proces priprave tankih filmov perovskita z velikimi površinami še dodatno optimizirati.
Nenazadnje je zaskrbljujoča tudi toksičnost svinca.Med procesom staranja trenutnih visoko učinkovitih perovskitnih naprav se bo perovskit razgradil in proizvedel proste svinčeve ione in svinčeve monomere, ki bodo nevarni za zdravje, ko bodo vstopili v človeško telo.
Luo Jingshan verjame, da je težave, kot je stabilnost, mogoče rešiti z embalažo naprave.»Če bosta v prihodnosti ta dva problema rešena, obstaja tudi zrel postopek priprave, lahko tudi perovskitne naprave izdelamo v prosojno steklo ali naredimo na površini stavb, da dosežemo integracijo fotonapetostnih zgradb, ali pa jih naredimo v prilagodljive zložljive naprave za vesoljsko in vesoljsko uporabo. druga polja, tako da ima perovskit v vesolju brez vode in kisika največjo vlogo.«Luo Jingshan je prepričan o prihodnosti perovskita.
Čas objave: 15. aprila 2023