Vo fotovoltaickom priemysle je perovskit v posledných rokoch veľmi žiadaný.Dôvodom, prečo sa stal „obľúbeným“ v oblasti solárnych článkov, sú jeho jedinečné podmienky.Vápno-titánová ruda má mnoho vynikajúcich fotovoltaických vlastností, jednoduchý proces prípravy a širokú škálu surovín a bohatý obsah.Okrem toho môže byť perovskit použitý aj v pozemných elektrárňach, letectve, stavebníctve, nositeľných zariadeniach na výrobu energie a mnohých ďalších oblastiach.
21. marca požiadal Ningde Times o patent na „kalcium-tititanový solárny článok a spôsob jeho prípravy a energetické zariadenie“.V posledných rokoch, s podporou domácich politík a opatrení, urobilo odvetvie vápnikovo-titánovej rudy, reprezentované solárnymi článkami s vápnikovo-titánovou rudou, veľké pokroky.Čo je teda perovskit?Ako prebieha industrializácia perovskitu?Akým výzvam ešte čelia?Reportér denníka Science and Technology Daily urobil rozhovor s príslušnými odborníkmi.
Perovskit nie je ani vápnik, ani titán.
Takzvané perovskity nie sú ani vápnik, ani titán, ale všeobecný pojem pre triedu „keramických oxidov“ s rovnakou kryštálovou štruktúrou s molekulovým vzorcom ABX3.A znamená „katión s veľkým polomerom“, B znamená „katión kovu“ a X znamená „halogénový anión“.A znamená „katión s veľkým polomerom“, B znamená „katión kovu“ a X znamená „halogénový anión“.Tieto tri ióny môžu vykazovať mnoho úžasných fyzikálnych vlastností prostredníctvom usporiadania rôznych prvkov alebo nastavením vzdialenosti medzi nimi, vrátane, ale nie výlučne, izolácie, feroelektriky, antiferomagnetizmu, obrovského magnetického efektu atď.
"Podľa elementárneho zloženia materiálu možno perovskity rozdeliť do troch kategórií: perovskity z komplexných oxidov kovov, organické hybridné perovskity a anorganické halogénované perovskity."Luo Jingshan, profesor na Nankai University School of Electronic Information and Optical Engineering, predstavil, že titanity vápnika, ktoré sa teraz používajú vo fotovoltaike, sú zvyčajne posledné dva.
perovskit môže byť použitý v mnohých oblastiach, ako sú pozemné elektrárne, letectvo, stavebníctvo a nositeľné zariadenia na výrobu energie.Spomedzi nich je hlavnou oblasťou použitia perovskitu fotovoltické pole.Štruktúry z titanitu vápenatého sú vysoko navrhovateľné a majú veľmi dobrý fotovoltaický výkon, čo je v posledných rokoch populárny smer výskumu vo fotovoltaickej oblasti.
Industrializácia perovskitu sa zrýchľuje a domáce podniky súťažia o usporiadanie.Uvádza sa, že prvých 5 000 kusov modulov vápenato-titánovej rudy odoslaných z Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd;Spoločnosť Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. tiež urýchľuje výstavbu najväčšej celosvetovej 150 MW pilotnej linky na laminovanie plnej vápnikovej titánovej rudy;Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MW výrobná linka na výrobu fotovoltaických modulov s vápnikovo-titánovou rudou bola dokončená a uvedená do prevádzky v decembri 2022 a ročná výstupná hodnota môže po dosiahnutí výroby dosiahnuť 300 miliónov juanov.
Vápno-titánová ruda má zjavné výhody vo fotovoltaickom priemysle
Vo fotovoltaickom priemysle je perovskit v posledných rokoch veľmi žiadaný.Dôvodom, prečo sa stal „obľúbeným“ v oblasti solárnych článkov, sú jeho vlastné jedinečné podmienky.
„Po prvé, perovskit má množstvo vynikajúcich optoelektronických vlastností, ako je nastaviteľná medzera v pásme, vysoký koeficient absorpcie, nízka väzbová energia excitónu, vysoká mobilita nosiča, vysoká tolerancia defektov atď.;po druhé, proces prípravy perovskitu je jednoduchý a môže dosiahnuť priesvitnosť, ultraľahkosť, ultratenkosť, flexibilitu atď. Suroviny perovskitu sú napokon široko dostupné a hojné.“Luo Jingshan predstavil.A príprava perovskitu vyžaduje aj relatívne nízku čistotu surovín.
V súčasnosti sa vo FV poli využíva veľké množstvo solárnych článkov na báze kremíka, ktoré možno rozdeliť na monokryštalický kremík, polykryštalický kremík a solárne články z amorfného kremíka.Teoretický fotoelektrický konverzný pól kryštalických kremíkových článkov je 29,4% a súčasné laboratórne prostredie môže dosiahnuť maximálne 26,7%, čo je veľmi blízko k stropu konverzie;dá sa predvídať, že aj okrajový zisk z technologického zlepšenia bude čoraz menší.Na rozdiel od toho, účinnosť fotovoltaickej konverzie perovskitových článkov má vyššiu teoretickú pólovú hodnotu 33%, a ak sú dva perovskitové články naskladané hore a dole dohromady, teoretická účinnosť konverzie môže dosiahnuť 45%.
Okrem „efektívnosti“ je ďalším dôležitým faktorom „náklady“.Napríklad dôvodom, prečo nemôžu klesnúť náklady na prvú generáciu tenkovrstvových batérií, je to, že zásoby kadmia a gália, ktoré sú vzácnymi prvkami na Zemi, sú príliš malé, a preto je priemysel rozvinutejší. platí, že čím väčší je dopyt, tým vyššie sú výrobné náklady a nikdy sa nedokázalo stať bežným produktom.Suroviny perovskitu sú distribuované vo veľkých množstvách na Zemi a cena je tiež veľmi lacná.
Navyše hrúbka povlaku z vápenato-titánovej rudy pre batérie z vápenato-titánovej rudy je len niekoľko stoviek nanometrov, čo je asi 1/500 v porovnaní s kremíkovými doštičkami, čo znamená, že dopyt po tomto materiáli je veľmi malý.Napríklad súčasný celosvetový dopyt po kremíkových materiáloch pre kryštalické kremíkové články je asi 500 000 ton ročne a ak sa všetky nahradia perovskitovými článkami, bude potrebných len asi 1 000 ton perovskitu.
Pokiaľ ide o výrobné náklady, kryštalické kremíkové články vyžadujú čistenie kremíka na 99,9999 %, takže kremík sa musí zahriať na 1400 stupňov Celzia, roztaviť na kvapalinu, natiahnuť do okrúhlych tyčí a plátkov a potom zostaviť do článkov, pričom sa musia použiť najmenej štyri továrne a dve na tri dni medzitým a vyššiu spotrebu energie.Naproti tomu na výrobu perovskitových buniek je potrebné iba naniesť kvapalinu na báze perovskitu na substrát a potom počkať na kryštalizáciu.Celý proces zahŕňa iba sklo, lepiacu fóliu, perovskit a chemické materiály a môže byť dokončený v jednej továrni a celý proces trvá len asi 45 minút.
"Solárne články pripravené z perovskitu majú vynikajúcu účinnosť fotoelektrickej konverzie, ktorá v tomto štádiu dosiahla 25,7% a môžu v budúcnosti nahradiť tradičné solárne články na báze kremíka, aby sa stali komerčným mainstreamom."Povedal Luo Jingshan.
Na podporu industrializácie je potrebné vyriešiť tri hlavné problémy
Pri napredovaní industrializácie chalkocitu musia ľudia ešte vyriešiť 3 problémy, a to dlhodobú stabilitu chalkocitu, veľkoplošnú prípravu a toxicitu olova.
Po prvé, perovskit je veľmi citlivý na životné prostredie a faktory ako teplota, vlhkosť, svetlo a zaťaženie okruhu môžu viesť k rozkladu perovskitu a zníženiu účinnosti článku.V súčasnosti väčšina laboratórnych perovskitových modulov nespĺňa medzinárodnú normu IEC 61215 pre fotovoltaické produkty, ani nedosahuje 10-20 ročnú životnosť kremíkových solárnych článkov, takže cena perovskitu stále nie je výhodná v tradičnej fotovoltaickej oblasti.Okrem toho je mechanizmus degradácie perovskitu a jeho zariadení veľmi zložitý a v tejto oblasti nie je veľmi jasné pochopenie procesu, ani neexistuje jednotný kvantitatívny štandard, čo je škodlivé pre výskum stability.
Ďalšou dôležitou otázkou je, ako ich pripraviť vo veľkom meradle.V súčasnosti, keď sa v laboratóriu vykonávajú štúdie optimalizácie zariadení, efektívna svetelná plocha použitých zariadení je zvyčajne menšia ako 1 cm2, a pokiaľ ide o štádium komerčnej aplikácie komponentov vo veľkom meradle, je potrebné zlepšiť metódy laboratórnej prípravy. alebo vymenené.Hlavnými metódami, ktoré sa v súčasnosti používajú na prípravu veľkoplošných perovskitových filmov, sú roztoková metóda a metóda vákuového naparovania.Pri metóde roztoku má na kvalitu perovskitových filmov veľký vplyv koncentrácia a pomer roztoku prekurzora, typ rozpúšťadla a doba skladovania.Metóda vákuového naparovania pripraví kvalitnú a kontrolovateľnú depozíciu perovskitových filmov, ale opäť je ťažké dosiahnuť dobrý kontakt medzi prekurzormi a substrátmi.Navyše, pretože vrstva transportu náboja perovskitového zariadenia musí byť tiež pripravovaná vo veľkom priestore, je potrebné v priemyselnej výrobe zriadiť výrobnú linku s kontinuálnym ukladaním každej vrstvy.Celkovo si proces veľkoplošnej prípravy tenkých perovskitových vrstiev ešte vyžaduje ďalšiu optimalizáciu.
Nakoniec, toxicita olova je tiež problémom.Počas procesu starnutia súčasných vysokoúčinných perovskitových zariadení sa perovskit rozloží za vzniku voľných iónov olova a monomérov olova, ktoré budú po vstupe do ľudského tela zdraviu nebezpečné.
Luo Jingshan verí, že problémy, ako je stabilita, možno vyriešiť balením zariadenia.„Ak sa v budúcnosti tieto dva problémy vyriešia, existuje tiež zrelý proces prípravy, môže tiež vyrobiť perovskitové zariadenia do priesvitného skla alebo urobiť na povrchu budov, aby sa dosiahla fotovoltaická integrácia budov, alebo sa môžu vyrobiť flexibilné skladacie zariadenia pre letectvo a kozmonautiku. iné polia, aby perovskit vo vesmíre bez vody a kyslíkového prostredia zohral maximálnu úlohu.“Luo Jingshan je presvedčený o budúcnosti perovskitu.
Čas odoslania: 15. apríla 2023