În industria fotovoltaică, Perovskite a fost la cerere la cald în ultimii ani. Motivul pentru care a apărut ca „favorit” în domeniul celulelor solare se datorează condițiilor sale unice. Minereul de titan de calciu are multe proprietăți fotovoltaice excelente, proces de preparare simplu și o gamă largă de materii prime și conținut abundent. În plus, Perovskite poate fi utilizat și în centralele de la sol, aviația, construcția, dispozitivele de generare a energiei electrice purtabile și multe alte câmpuri.
Pe 21 martie, Ningde Times a aplicat pentru brevetul „Cell Solar Titanite de calciu și metoda de preparare și dispozitivul de alimentare”. În ultimii ani, cu sprijinul politicilor și măsurilor interne, industria minereului de calciu-titanium, reprezentată de celulele solare de minereu de calciu-titanium, a făcut pași mari. Deci, ce este Perovskite? Cum este industrializarea perovskitei? Ce provocări se confruntă încă? Daily Science and Technology Daily Reporter a intervievat experții relevanți.
Perovskite nu este nici calciu, nici titan.
Așa-numitele perovskite nu sunt nici calciu, nici titan, ci un termen generic pentru o clasă de „oxizi ceramici” cu aceeași structură de cristal, cu formula moleculară ABX3. A înseamnă „cation de rază mare”, B pentru „metal cation” și x pentru „halogen anion”. A înseamnă „cation mare de rază”, B înseamnă „cation metalic” și X înseamnă „anion cu halogen”. Acești trei ioni pot prezenta multe proprietăți fizice uimitoare prin aranjarea diferitelor elemente sau prin reglarea distanței dintre ele, inclusiv, dar fără a se limita la izolație, feroelectricitate, antiferromagnetism, efect magnetic gigant etc.
„Conform compoziției elementare a materialului, perovskitele pot fi împărțite aproximativ în trei categorii: perovskite de oxid de metale complexe, perovskite hibride organice și perovskite halogenate anorganice.” Luo Jingshan, profesor la Școala de Informații Electronice și Inginerie Optică a Universității Nankai, a introdus că titaniții de calciu folosiți acum în fotovoltaice sunt de obicei ultimele două.
Perovskite poate fi utilizat în multe câmpuri, cum ar fi centralele terestre, aerospațiale, construcții și dispozitive de generare a energiei purtabile. Printre aceștia, câmpul fotovoltaic este principala zonă de aplicare a Perovskite. Structurile de titanit de calciu sunt extrem de desemnate și au performanțe fotovoltaice foarte bune, care este o direcție populară de cercetare în domeniul fotovoltaic în ultimii ani.
Industrializarea perovskitei accelerează, iar întreprinderile interne concurează pentru aspect. Se raportează că primele 5.000 de bucăți de module de minereu de titan de calciu livrate de la Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd., accelerează, de asemenea, construcția celei mai mari linii de pilot laminate de minereuri laminate de 150 MW din lume; Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MW Linia de producție a modulului fotovoltaic de minereu de calciu-titanium a fost finalizată și pusă în funcțiune în decembrie 2022, iar valoarea anuală a producției poate ajunge la 300 de milioane de yuani după ce a atins producția.
Minereul de titan de calciu are avantaje evidente în industria fotovoltaică
În industria fotovoltaică, Perovskite a fost la cerere la cald în ultimii ani. Motivul pentru care a apărut ca „favorit” în domeniul celulelor solare se datorează propriilor condiții unice.
„În primul rând, Perovskite are numeroase proprietăți optoelectronice excelente, cum ar fi decalajul reglabil de bandă, coeficientul de absorbție ridicat, energia de legare a excitonului scăzută, mobilitatea mare purtător, toleranța cu defecte mari, etc.; În al doilea rând, procesul de preparare a perovskitei este simplu și poate obține translucență, ultra-lumină, ultra-subțire, flexibilitate, etc. În sfârșit, materiile prime perovskite sunt disponibile pe scară largă și abundente. " Luo Jingshan a introdus. Iar pregătirea perovskitei necesită, de asemenea, o puritate relativ scăzută a materiilor prime.
În prezent, câmpul fotovoltaic folosește un număr mare de celule solare pe bază de siliciu, care pot fi împărțite în siliciu monocristalin, siliciu policristalin și celule solare amorfe de siliciu. Polul de conversie fotoelectric teoretic al celulelor de siliciu cristalin este de 29,4%, iar mediul de laborator actual poate atinge maximum 26,7%, ceea ce este foarte aproape de plafonul de conversie; Este prevăzut ca câștigul marginal al îmbunătățirii tehnologice să devină, de asemenea, mai mic și mai mic. În schimb, eficiența conversiei fotovoltaice a celulelor perovskite are o valoare a polului teoretic mai mare de 33%, iar dacă două celule perovskite sunt stivuite în sus și în jos împreună, eficiența conversiei teoretice poate ajunge la 45%.
Pe lângă „eficiență”, un alt factor important este „costul”. De exemplu, motivul pentru care costul primei generații de baterii cu film subțire nu poate scădea este faptul că rezervele de cadmiu și galiu, care sunt elemente rare pe Pământ, sunt prea mici și, în consecință, cu atât industria este mai dezvoltată industria este, cu cât cererea este mai mare, cu atât este mai mare costul de producție și nu a fost niciodată capabil să devină un produs principal. Materiile prime ale perovskitei sunt distribuite în cantități mari pe pământ, iar prețul este, de asemenea, foarte ieftin.
În plus, grosimea acoperirii cu minereu de calciu-titanium pentru bateriile cu minereu de calciu-titanium este de doar câteva sute de nanometri, aproximativ 1/500 din cea a napolitanelor de siliciu, ceea ce înseamnă că cererea pentru material este foarte mică. De exemplu, cererea globală actuală de material de siliciu pentru celulele de siliciu cristalin este de aproximativ 500.000 tone pe an, iar dacă toate sunt înlocuite cu celule perovskite, vor fi necesare doar aproximativ 1.000 de tone de perovskite.
În ceea ce privește costurile de fabricație, celulele de siliciu cristalin necesită purificarea siliciului până la 99,9999%, astfel încât siliciul trebuie încălzit la 1400 de grade Celsius, topit în lichid, atras în tije rotunde și felii și apoi asamblate în celule, cu cel puțin patru fabrici și două la trei zile între ele și un consum de energie mai mare. În schimb, pentru producerea de celule perovskite, este necesar să se aplice doar lichidul de bază perovskit pe substrat și apoi să așteptați cristalizarea. Întregul proces implică doar materiale de sticlă, adezive, perovskite și materiale chimice și poate fi completat într -o singură fabrică, iar întregul proces durează doar aproximativ 45 de minute.
„Celulele solare preparate din perovskit au o eficiență excelentă a conversiei fotoelectrice, care a ajuns la 25,7% în această etapă și poate înlocui celulele solare tradiționale pe bază de siliciu în viitor pentru a deveni mainstream comercial.” A spus Luo Jingshan.
Există trei probleme majore care trebuie rezolvate pentru a promova industrializarea
În avansarea industrializării calcocitei, oamenii trebuie să rezolve încă 3 probleme, și anume stabilitatea pe termen lung a calcocitei, prepararea zonei mari și toxicitatea plumbului.
În primul rând, perovskitul este foarte sensibil la mediu, iar factori precum temperatura, umiditatea, lumina și încărcarea circuitului pot duce la descompunerea perovskitei și la reducerea eficienței celulare. În prezent, majoritatea modulelor perovskite de laborator nu îndeplinesc standardul internațional IEC 61215 pentru produsele fotovoltaice și nici nu ajung la o durată de viață de 10-20 de ani a celulelor solare din siliciu, astfel încât costul perovskitei nu este încă avantajos în domeniul tradițional fotovoltaic. În plus, mecanismul de degradare a perovskitei și dispozitivele sale este foarte complex și nu există o înțelegere foarte clară a procesului în domeniu și nici nu există un standard cantitativ unificat, care dăunează cercetării de stabilitate.
O altă problemă majoră este modul de pregătire a acestora la scară largă. În prezent, atunci când studiile de optimizare a dispozitivului sunt efectuate în laborator, zona de lumină eficientă a dispozitivelor utilizate este de obicei mai mică de 1 cm2, iar când vine vorba de etapa de aplicare comercială a componentelor pe scară largă, metodele de pregătire laborator trebuie îmbunătățite sau înlocuit. Principalele metode aplicabile în prezent pentru prepararea filmelor perovskite cu o zonă mare sunt metoda soluției și metoda de evaporare a vidului. În metoda soluției, concentrația și raportul dintre soluția precursoare, tipul de solvent și timpul de depozitare au un impact mare asupra calității filmelor perovskite. Metoda de evaporare în vid pregătește o bună calitate și o depunere controlabilă a filmelor perovskite, dar este din nou dificil să se realizeze un contact bun între precursori și substraturi. În plus, deoarece stratul de transport de încărcare al dispozitivului perovskite trebuie să fie pregătit și într -o suprafață mare, în producția industrială trebuie să se stabilească o linie de producție cu depunerea continuă a fiecărui strat. În general, procesul de preparare a zonei mari a filmelor subțiri perovskite are încă nevoie de o optimizare suplimentară.
În cele din urmă, toxicitatea plumbului este, de asemenea, o problemă de îngrijorare. În timpul procesului de îmbătrânire a dispozitivelor perovskite curente de înaltă eficiență, perovskite se va descompune pentru a produce ioni de plumb liberi și monomeri de plumb, care vor fi periculoși pentru sănătate odată ce vor intra în corpul uman.
Luo Jingshan consideră că probleme precum stabilitatea pot fi rezolvate prin ambalajul dispozitivului. „Dacă în viitor, aceste două probleme sunt rezolvate, există și un proces de preparare matur, poate face, de asemenea, dispozitivele perovskite în sticlă translucidă sau să facă pe suprafața clădirilor pentru a obține integrarea clădirii fotovoltaice sau făcute în dispozitive pliabile flexibile pentru aerospațial și aerospațial și Alte câmpuri, astfel încât perovskitul în spațiu fără apă și mediu de oxigen să joace un rol maxim. ” Luo Jingshan este încrezător în viitorul Perovskite.
Timpul post: 15-2023 aprilie