În industria fotovoltaică, perovskitul a fost foarte solicitat în ultimii ani.Motivul pentru care a devenit „favoritul” în domeniul celulelor solare se datorează condițiilor sale unice.Minereul de calciu titan are multe proprietăți fotovoltaice excelente, un proces simplu de preparare și o gamă largă de materii prime și un conținut abundent.În plus, perovskitul poate fi folosit și în centrale electrice terestre, aviație, construcții, dispozitive de generare a energiei portabile și multe alte domenii.
Pe 21 martie, Ningde Times a solicitat brevetul „celule solare cu titanit de calciu și metoda de preparare și dispozitivul de alimentare”.În ultimii ani, cu sprijinul politicilor și măsurilor interne, industria minereului de calciu-titan, reprezentată de celule solare cu minereu de calciu-titan, a făcut pași mari.Deci, ce este perovskitul?Cum este industrializarea perovskitului?Ce provocări se confruntă în continuare?Știință și Tehnologie Reporter Daily a intervievat experții relevanți.
Perovskitul nu este nici calciu, nici titan.
Așa-numiții perovskiți nu sunt nici calciu, nici titan, ci un termen generic pentru o clasă de „oxizi ceramici” cu aceeași structură cristalină, cu formula moleculară ABX3.A înseamnă „cation cu rază mare”, B pentru „cation metalic” și X pentru „anion halogen”.A înseamnă „cation cu rază mare”, B înseamnă „cation metalic” și X înseamnă „anion halogen”.Acești trei ioni pot prezenta multe proprietăți fizice uimitoare prin aranjarea diferitelor elemente sau prin ajustarea distanței dintre ele, inclusiv, dar fără a se limita la izolație, feroelectricitate, antiferomagnetism, efect magnetic gigant etc.
„În funcție de compoziția elementară a materialului, perovskiții pot fi împărțiți aproximativ în trei categorii: perovskiți complecși cu oxid de metal, perovskiți hibrizi organici și perovskiți anorganici halogenați.”Luo Jingshan, profesor la Școala de Informații Electronice și Inginerie Optică a Universității Nankai, a introdus că titaniții de calciu utilizați acum în fotovoltaică sunt de obicei ultimele două.
perovskitul poate fi utilizat în multe domenii, cum ar fi centralele terestre, aerospațiale, construcțiile și dispozitivele portabile de generare a energiei.Printre acestea, câmpul fotovoltaic este principala zonă de aplicare a perovskitului.Structurile de titanit de calciu sunt foarte proiectabile și au performanțe fotovoltaice foarte bune, care este o direcție populară de cercetare în domeniul fotovoltaic în ultimii ani.
Industrializarea perovskitului se accelerează, iar întreprinderile autohtone concurează pentru aspect.Este raportat că primele 5.000 de bucăți de module de minereu de calciu și titan au fost expediate de la Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd;Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. accelerează, de asemenea, construcția celei mai mari linii pilot laminate cu minereu de titan de calciu de 150 MW din lume;Linia de producție a modulelor fotovoltaice de 150 MW de minereu de calciu-titan Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. a fost finalizată și pusă în funcțiune în decembrie 2022, iar valoarea producției anuale poate ajunge la 300 de milioane de yuani după atingerea producției.
Minereul de calciu titan are avantaje evidente în industria fotovoltaică
În industria fotovoltaică, perovskitul a fost foarte solicitat în ultimii ani.Motivul pentru care a apărut ca „favoritul” în domeniul celulelor solare se datorează propriilor sale condiții unice.
„În primul rând, perovskitul are numeroase proprietăți optoelectronice excelente, cum ar fi banda interzisă reglabilă, coeficient de absorbție ridicat, energie de legare a excitonului scăzută, mobilitate ridicată a purtătorului, toleranță mare la defect etc.;în al doilea rând, procesul de preparare a perovskitului este simplu și poate obține transluciditate, ultra-legere, ultra-subțire, flexibilitate etc. În cele din urmă, materiile prime perovskite sunt disponibile pe scară largă și sunt abundente.”Luo Jingshan a prezentat.Și prepararea perovskitului necesită, de asemenea, puritate relativ scăzută a materiilor prime.
În prezent, câmpul fotovoltaic utilizează un număr mare de celule solare pe bază de siliciu, care pot fi împărțite în siliciu monocristalin, siliciu policristalin și celule solare cu siliciu amorf.Polul teoretic de conversie fotoelectrică al celulelor de siliciu cristalin este de 29,4%, iar mediul actual de laborator poate ajunge la maximum 26,7%, ceea ce este foarte aproape de plafonul de conversie;este previzibil că și câștigul marginal al îmbunătățirii tehnologice va deveni din ce în ce mai mic.În schimb, eficiența de conversie fotovoltaică a celulelor perovskite are o valoare teoretică a polului mai mare de 33%, iar dacă două celule perovskite sunt stivuite în sus și în jos împreună, eficiența teoretică a conversiei 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 că rezervele de cadmiu și galiu, care sunt elemente rare pe pământ, sunt prea mici și, ca urmare, cu atât industria este mai dezvoltată. este, cu cât cererea este mai mare, cu atât costul de producție este mai mare și nu a fost niciodată capabil să devină un produs de masă.Materiile prime de perovskit sunt distribuite în cantități mari pe pământ, iar prețul este, de asemenea, foarte ieftin.
În plus, grosimea acoperirii cu minereu de calciu-titan pentru bateriile de minereu de calciu-titan este de doar câteva sute de nanometri, aproximativ 1/500 din cea a plachetelor 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 de tone pe an, iar dacă toate acestea sunt înlocuite cu celule de perovskit, vor fi necesare doar aproximativ 1.000 de tone de perovskit.
În ceea ce privește costurile de producție, celulele de siliciu cristalin necesită purificarea siliciului la 99,9999%, așa că siliciul trebuie încălzit la 1400 de grade Celsius, topit în lichid, tras în tije rotunde și felii și apoi asamblat în celule, cu cel puțin patru fabrici și două până la trei zile între ele și un consum mai mare de energie.Spre deosebire de aceasta, pentru producerea de celule perovskite, este necesar doar aplicarea lichidului de bază de perovskit pe substrat și apoi așteptarea cristalizării.Întregul proces implică doar sticlă, film adeziv, perovskit și materiale chimice și poate fi finalizat într-o singură fabrică, iar întregul proces durează doar aproximativ 45 de minute.
„Celulele solare preparate din perovskit au o eficiență excelentă de conversie fotoelectrică, care a atins 25,7% în această etapă și pot înlocui celulele solare tradiționale pe bază de siliciu în viitor pentru a deveni curentul comercial principal.”a spus Luo Jingshan.
Există trei probleme majore care trebuie rezolvate pentru a promova industrializarea
În avansarea industrializării calcocitului, oamenii mai trebuie să rezolve 3 probleme, și anume stabilitatea pe termen lung a calcocitului, pregătirea pe suprafețe mari și toxicitatea plumbului.
În primul rând, perovskitul este foarte sensibil la mediu, iar factori precum temperatura, umiditatea, lumina și sarcina circuitului pot duce la descompunerea perovskitului și la reducerea eficienței celulei.În prezent, majoritatea modulelor de perovskit de laborator nu îndeplinesc standardul internațional IEC 61215 pentru produsele fotovoltaice și nici nu ating durata de viață de 10-20 de ani a celulelor solare cu siliciu, astfel încât costul perovskitului nu este încă avantajos în domeniul fotovoltaic tradițional.În plus, mecanismul de degradare al perovskitului și al dispozitivelor sale este foarte complex și nu există o înțelegere foarte clară a procesului în domeniu și nici un standard cantitativ unificat, care dăunează cercetării stabilității.
O altă problemă majoră este modul de pregătire a acestora la scară largă.În prezent, atunci când studiile de optimizare a dispozitivelor sunt efectuate în laborator, aria efectivă de lumină a dispozitivelor utilizate este de obicei mai mică de 1 cm2, iar când vine vorba de stadiul de aplicare comercială a componentelor la scară largă, metodele de pregătire în laborator trebuie îmbunătățite. sau înlocuite.Principalele metode aplicabile în prezent la prepararea peliculelor de perovskit cu suprafață mare sunt metoda soluției și metoda evaporării în vid.În metoda soluției, concentrația și raportul soluției precursoare, tipul de solvent și timpul de depozitare au un impact mare asupra calității filmelor de perovskit.Metoda de evaporare în vid pregătește o depunere de bună calitate și controlabilă a filmelor de perovskit, dar este din nou dificil să se obțină un bun contact între precursori și substraturi.În plus, deoarece stratul de transport de sarcină al dispozitivului perovskit trebuie, de asemenea, pregătit într-o zonă mare, în producția industrială trebuie stabilită o linie de producție cu depunerea continuă a fiecărui strat.În general, procesul de pregătire pe suprafețe mari a peliculelor subțiri de perovskit necesită încă o optimizare suplimentară.
În cele din urmă, toxicitatea plumbului este, de asemenea, o problemă de îngrijorare.În timpul procesului de îmbătrânire al dispozitivelor actuale de perovskit de înaltă eficiență, perovskitul se va descompune pentru a produce ioni de plumb liber și monomeri de plumb, care vor fi periculoase pentru sănătate odată ce intră în corpul uman.
Luo Jingshan crede că probleme precum stabilitatea pot fi rezolvate prin ambalarea dispozitivului.„Dacă în viitor, aceste două probleme sunt rezolvate, există, de asemenea, un proces matur de pregătire, se poate transforma, de asemenea, dispozitivele perovskite în sticlă translucidă sau se pot face pe suprafața clădirilor pentru a realiza integrarea clădirii fotovoltaice, sau se pot transforma în dispozitive pliabile flexibile pentru industria aerospațială și alte câmpuri, astfel încât perovskitul în spațiu fără apă și oxigen să joace un rol maxim.”Luo Jingshan este încrezător în viitorul perovskitului.
Ora postării: 15-apr-2023