Във фотоволтаичната индустрия Perovskite е в горещо търсене през последните години. Причината, поради която се очертава като „любима“ в областта на слънчевите клетки, се дължи на неговите уникални условия. Калциевата титанова руда има много отлични фотоволтаични свойства, прост процес на подготовка и широк спектър от суровини и изобилно съдържание. В допълнение, Perovskite може да се използва и в наземни електроцентрали, авиация, строителство, носими устройства за производство на енергия и много други полета.
На 21 март Ningde Times кандидатства за патента на „Слънчева клетка на калциев титанит и неговия метод за подготовка и мощност“. През последните години, с подкрепата на вътрешните политики и мерки, индустрията на рудата на калциев титан, представена от слънчеви клетки на калциево-титан рудни, постигна голям напредък. И така, какво е Perovskite? Как е индустриализацията на перовскита? С какви предизвикателства все още са изправени? Daily Science and Technology Daily интервюира съответните експерти.
Перовскитът не е нито калций, нито титан.
Така наречените перовскити не са нито калций, нито титан, а общ термин за клас „керамични оксиди“ със същата кристална структура, с молекулярната формула ABX3. A означава „голям радиус катион“, B за „метален катион“ и x за „халогенна анион“. A означава „голям радиус катион“, B означава „метален катион“, а X означава „халогенен анион“. Тези три йона могат да проявяват много невероятни физически свойства чрез подреждането на различни елементи или чрез регулиране на разстоянието между тях, включително, но не само изолация, фероелектричност, антиферромагнетизъм, гигантски магнитен ефект и т.н.
„Според елементарния състав на материала, перовскитите могат да бъдат грубо разделени на три категории: сложни метални оксид перовскити, органични хибридни перовскити и неорганични халогенирани перовскити.“ Луо Джингшан, професор в Училището за електронна информация и оптично инженерство на университета в Нанкай, представи, че калциевите титани, които сега се използват във фотоволтаиците, обикновено са последните две.
Перовскит може да се използва в много полета като наземни електроцентрали, аерокосмически, строителни и носими устройства за производство на енергия. Сред тях фотоволтаичното поле е основната зона на приложение на Перовскит. Структурите на калциев титанит са силно проектирани и имат много добри фотоволтаични показатели, което е популярна изследователска посока във фотоволтаичното поле през последните години.
Индустриализацията на Перовскит се ускорява и вътрешните предприятия се състезават за оформлението. Съобщава се, че първите 5000 броя модули от калциева титаниева руда, доставени от Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. също ускорява изграждането на най -голямата в света пилотна линия на ламинирана пилотна линия на ламинирана руда от калциева титан; Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MW Калциев-титанов руден фотоволтаичен модул Производствената линия е завършена и въведена в експлоатация през декември 2022 г., а годишната изходна стойност може да достигне 300 милиона юана след постигане на производство.
Калциевата титаниева руда има очевидни предимства във фотоволтаичната индустрия
Във фотоволтаичната индустрия Perovskite е в горещо търсене през последните години. Причината, поради която тя се очертава като „любима“ в областта на слънчевите клетки, се дължи на собствените си уникални условия.
„Първо, Perovskite има множество отлични оптоелектронни свойства, като регулируема пропаст в лентата, висок коефициент на абсорбция, ниска енергия на свързване на екситон, висока мобилност на носители, висока толерантност към дефекти и др.; Второ, процесът на приготвяне на перовскит е прост и може да постигне полупрозрачност, ултра светлинност, ултра-тънка, гъвкавост и др. И накрая, суровините на Perovskite са широко достъпни и изобилни. " Луо Джингшан представи. А приготвянето на перовскит също изисква сравнително ниска чистота на суровините.
Понастоящем PV полето използва голям брой слънчеви клетки на основата на силиций, които могат да бъдат разделени на монокристален силиций, поликристален силиций и аморфни силиконови слънчеви клетки. Теоретичният полюс на фотоелектричното преобразуване на кристалните силиконови клетки е 29,4%, а настоящата лабораторна среда може да достигне максимум 26,7%, което е много близко до тавана на преобразуване; Предвидимо е, че пределната печалба на технологичното подобрение също ще стане по -малка и по -малка. За разлика от тях, ефективността на фотоволтаичната конверсия на клетките на перовскит има по -висока теоретична стойност на полюса от 33%и ако две клетки на перовскит са подредени нагоре и надолу заедно, теоретичната ефективност на конверсия може да достигне 45%.
В допълнение към „ефективността“, друг важен фактор е „разходите“. Например, причината, поради която цената на първото поколение тънки филмови батерии не може да се спусне, е, че резерватите на кадмий и галий, които са редки елементи на Земята, са твърде малки и в резултат на това по -развиват индустрията е, толкова по -голямо е търсенето, толкова по -големи са разходите за производство и никога не са успели да се превърнат в основен продукт. Суровините на Перовскит се разпределят в големи количества на земята, а цената също е много евтина.
В допълнение, дебелината на покритието с калциево-титан за батерии с калциево-титан е само няколкостотин нанометра, около 1/500-та от тази на силициевите вафли, което означава, че търсенето на материала е много малко. Например, настоящото глобално търсене на силиконов материал за кристални силиконови клетки е около 500 000 тона годишно и ако всички те са заменени с клетки на перовскит, ще са необходими само около 1000 тона перовскит.
По отношение на производствените разходи, кристалните силиконови клетки изискват пречистване на силиций до 99,9999%, така че силиций трябва да се нагрява до 1400 градуса по Целзий, да се разтопи в течност, начертан в кръгли пръти и филийки и след това да се сглоби в клетки, с поне четири фабрики и две до три дни между тях и по -голяма консумация на енергия. За разлика от тях, за производството на клетки на перовскит е необходимо само да се приложи течността на основата на перовскит върху субстрата и след това да изчакате кристализация. Целият процес включва само стъкло, адхезивен филм, перовскит и химически материали и може да бъде завършен в една фабрика, а целият процес отнема само около 45 минути.
„Слънчевите клетки, приготвени от Perovskite, имат отлична ефективност на фотоелектрично преобразуване, която на този етап достигна 25,7% и може да замени традиционните слънчеви клетки на базата на силиций в бъдеще, за да стане търговският мейнстрийм.“ - каза Луо Джингшан.
Има три основни проблема, които трябва да бъдат решени за насърчаване на индустриализацията
При подобряване на индустриализацията на халкоцита хората все още трябва да решават 3 проблема, а именно дългосрочната стабилност на халкоцита, подготовката на голяма площ и токсичността на оловото.
Първо, перовскитът е много чувствителен към околната среда и фактори като температура, влажност, светлина и натоварване на веригата могат да доведат до разлагане на перовскит и намаляване на клетъчната ефективност. Понастоящем повечето лабораторни модули Perovskite не отговарят на международния стандарт IEC 61215 за фотоволтаични продукти, нито достигат 10-20 годишния живот на силициевите слънчеви клетки, така че цената на перовскита все още не е изгодна в традиционното фотоволтаично поле. В допълнение, механизмът на разграждане на перовскит и неговите устройства е много сложен и няма много ясно разбиране на процеса в полето, нито има единно количествен стандарт, който е пагубен за изследването на стабилността.
Друг основен проблем е как да ги подготвите в голям мащаб. Понастоящем, когато в лабораторията се извършват проучвания за оптимизация на устройството, ефективната светлинна площ на използваните устройства обикновено е по-малка от 1 cm2, а когато става въпрос за етапа на търговско приложение на мащабни компоненти, методите за подготовка на лабораторията трябва да бъдат подобрени или заменени. Основните методи, приложими понастоящем при получаването на филми от перовскит с голяма площ, са методът на разтвора и методът на вакуумно изпаряване. В метода на разтвора концентрацията и съотношението на прекурсорния разтвор, вида на разтворителя и времето за съхранение оказват голямо влияние върху качеството на филмите на Perovskite. Методът на вакуумно изпаряване подготвя добро качество и контролируемо отлагане на филми от перовскит, но отново е трудно да се постигне добър контакт между прекурсори и субстрати. Освен това, тъй като транспортният слой на заряда на устройството Perovskite също трябва да бъде подготвен в голяма площ, в промишленото производство трябва да се установи производствена линия с непрекъснато отлагане на всеки слой. Като цяло, процесът на подготовка на тънки филми от перовскит все още се нуждае от допълнителна оптимизация.
И накрая, токсичността на оловото също е проблем. По време на процеса на стареене на текущите високоефективни устройства Perovskite, Perovskite ще се разлага, за да произвежда свободни оловни йони и оловни мономери, които ще бъдат опасни за здравето, след като влязат в човешкото тяло.
Luo Jingshan вярва, че проблеми като стабилност могат да бъдат решени чрез опаковане на устройства. „Ако в бъдеще тези два проблема са решени, има и зрял процес на подготовка, също може да превърне устройствата на Perovskite в полупрозрачно стъкло или да направите на повърхността на сградите за постигане на фотоволтаична строителна интеграция или направени в гъвкави сгъваеми устройства за аерокосмиче и Други полета, така че перовскитът в пространството без вода и кислородна среда да играе максимална роля. " Луо Джингшан е уверен в бъдещето на Перовскит.
Време за публикация: април-15-2023