I solcelleindustrien har perovskit været meget efterspurgt i de seneste år. Grunden til, at den er opstået som "favoritten" inden for solceller, skyldes dens unikke forhold. Calcium titanium malm har mange fremragende fotovoltaiske egenskaber, enkel forberedelsesproces og en bred vifte af råmaterialer og rigeligt indhold. Derudover kan perovskite også bruges i jordkraftværker, luftfart, byggeri, bærbare strømgenereringsenheder og mange andre områder.
Den 21. marts ansøgte Ningde Times om patentet på "calciumtitanit solcelle og dens forberedelsesmetode og kraftapparat". I de seneste år, med støtte fra indenlandske politikker og foranstaltninger, har calcium-titanium malmindustrien, repræsenteret ved calcium-titanium malm solceller, gjort store fremskridt. Så hvad er perovskite? Hvordan er industrialiseringen af perovskit? Hvilke udfordringer står der stadig over for? Science and Technology Daily reporter interviewede de relevante eksperter.
Perovskit er hverken calcium eller titanium.
De såkaldte perovskitter er hverken calcium eller titanium, men en generisk betegnelse for en klasse af "keramiske oxider" med samme krystalstruktur, med molekylformlen ABX3. A står for "kation med stor radius", B for "metalkation" og X for "halogenanion". A står for "kation med stor radius", B står for "metalkation" og X står for "halogenanion". Disse tre ioner kan udvise mange fantastiske fysiske egenskaber gennem arrangementet af forskellige elementer eller ved at justere afstanden mellem dem, herunder men ikke begrænset til isolering, ferroelektricitet, antiferromagnetisme, gigantisk magnetisk effekt osv.
"I henhold til grundstofsammensætningen af materialet kan perovskitter groft opdeles i tre kategorier: komplekse metaloxidperovskiter, organiske hybridperovskiter og uorganiske halogenerede perovskiter." Luo Jingshan, en professor ved Nankai University's School of Electronic Information and Optical Engineering, introducerede, at de calciumtitanitter, der nu bruges i solcelleanlæg, normalt er de to sidstnævnte.
perovskit kan bruges på mange områder, såsom jordbaserede kraftværker, rumfart, byggeri og bærbare strømgenereringsenheder. Blandt dem er fotovoltaisk felt det vigtigste anvendelsesområde for perovskit. Calciumtitanitstrukturer er meget designbare og har meget god fotovoltaisk ydeevne, hvilket er en populær forskningsretning inden for fotovoltaisk område i de senere år.
Industrialiseringen af perovskite accelererer, og indenlandske virksomheder konkurrerer om layoutet. Det er rapporteret, at de første 5.000 stykker calcium-titan-malm-moduler afsendt fra Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. fremskynder også konstruktionen af verdens største 150 MW fuld calcium titanium malm lamineret pilotlinje; Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MW calcium-titanium malm fotovoltaisk modul produktionslinje er blevet afsluttet og sat i drift i december 2022, og den årlige output værdi kan nå 300 millioner yuan efter at have nået produktionen.
Calcium titanium malm har åbenlyse fordele i solcelleindustrien
I solcelleindustrien har perovskit været meget efterspurgt i de seneste år. Grunden til, at den er opstået som "favoritten" inden for solceller, skyldes dets egne unikke forhold.
“For det første har perovskit adskillige fremragende optoelektroniske egenskaber, såsom justerbart båndgab, høj absorptionskoefficient, lav excitonbindingsenergi, høj bærermobilitet, høj defekttolerance osv.; for det andet er fremstillingsprocessen af perovskit enkel og kan opnå gennemskinnelighed, ultralethed, ultratyndhed, fleksibilitet osv. Endelig er perovskitråmaterialer bredt tilgængelige og rigelige." Luo Jingshan introducerede. Og fremstillingen af perovskite kræver også relativt lav renhed af råvarer.
På nuværende tidspunkt anvender PV-feltet et stort antal siliciumbaserede solceller, som kan opdeles i monokrystallinsk silicium, polykrystallinsk silicium og amorf siliciumsolceller. Den teoretiske fotoelektriske konverteringspol af krystallinske siliciumceller er 29,4%, og det nuværende laboratoriemiljø kan maksimalt nå 26,7%, hvilket er meget tæt på konverteringsloftet; det kan forudses, at den marginale gevinst ved teknologiske forbedringer også bliver mindre og mindre. I modsætning hertil har perovskitcellers fotovoltaiske konverteringseffektivitet en højere teoretisk polværdi på 33 %, og hvis to perovskitceller stables op og ned sammen, kan den teoretiske konverteringseffektivitet nå 45 %.
Ud over "effektivitet" er en anden vigtig faktor "omkostninger". For eksempel er grunden til, at prisen på den første generation af tyndfilmsbatterier ikke kan komme ned, at reserverne af cadmium og gallium, som er sjældne grundstoffer på jorden, er for små, og som følge heraf er industrien mere udviklet. er, jo større efterspørgsel, jo højere produktionsomkostninger, og det har aldrig været i stand til at blive et almindeligt produkt. Råvarerne af perovskit distribueres i store mængder på jorden, og prisen er også meget billig.
Derudover er tykkelsen af calcium-titan-malm-belægningen til calcium-titanium-malm-batterier kun et par hundrede nanometer, cirka 1/500 af siliciumwafers, hvilket betyder, at efterspørgslen efter materialet er meget lille. For eksempel er den nuværende globale efterspørgsel efter siliciummateriale til krystallinske siliciumceller omkring 500.000 tons om året, og hvis alle af dem udskiftes med perovskitceller, vil der kun være behov for omkring 1.000 tons perovskit.
Med hensyn til fremstillingsomkostninger kræver krystallinske siliciumceller siliciumrensning til 99,9999%, så silicium skal opvarmes til 1400 grader Celsius, smeltes til væske, trækkes til runde stænger og skiver og derefter samles til celler med mindst fire fabrikker og to til tre dage imellem, og større energiforbrug. I modsætning hertil er det til produktion af perovskitceller kun nødvendigt at påføre perovskitbasevæsken på substratet og derefter vente på krystallisation. Hele processen involverer kun glas, klæbefilm, perovskit og kemiske materialer og kan gennemføres på én fabrik, og hele processen tager kun omkring 45 minutter.
"Solceller fremstillet af perovskit har fremragende fotoelektrisk konverteringseffektivitet, som har nået 25,7% på dette stadium, og kan erstatte traditionelle siliciumbaserede solceller i fremtiden for at blive den kommercielle mainstream." sagde Luo Jingshan.
Der er tre store problemer, der skal løses for at fremme industrialiseringen
For at fremme industrialiseringen af chalcocit skal folk stadig løse 3 problemer, nemlig chalcocits langsigtede stabilitet, forberedelse af store arealer og blyets toksicitet.
For det første er perovskit meget følsomt over for miljøet, og faktorer som temperatur, fugtighed, lys og kredsløbsbelastning kan føre til nedbrydning af perovskit og reduktion af celleeffektivitet. I øjeblikket opfylder de fleste laboratorie-perovskit-moduler ikke den internationale standard IEC 61215 for fotovoltaiske produkter, og de når heller ikke siliciumsolcellers levetid på 10-20 år, så prisen på perovskit er stadig ikke fordelagtig i det traditionelle solcelleområde. Derudover er nedbrydningsmekanismen for perovskit og dens enheder meget kompleks, og der er ingen meget klar forståelse af processen på området, og der er heller ikke en samlet kvantitativ standard, som er skadelig for stabilitetsforskningen.
Et andet vigtigt spørgsmål er, hvordan man forbereder dem i stor skala. I øjeblikket, når enhedsoptimeringsundersøgelser udføres i laboratoriet, er det effektive lysareal af de anvendte enheder normalt mindre end 1 cm2, og når det kommer til den kommercielle anvendelsesfase af komponenter i stor skala, skal laboratorieforberedelsesmetoderne forbedres eller udskiftet. De vigtigste metoder, der i øjeblikket er anvendelige til fremstilling af perovskitfilm med stort område, er opløsningsmetoden og vakuumfordampningsmetoden. I opløsningsmetoden har koncentrationen og forholdet mellem prækursoropløsningen, typen af opløsningsmiddel og opbevaringstiden stor indflydelse på kvaliteten af perovskitfilmene. Vakuumfordampningsmetoden forbereder god kvalitet og kontrollerbar aflejring af perovskitfilm, men det er igen vanskeligt at opnå god kontakt mellem prækursorer og substrater. Da perovskitanordningens ladningstransportlag også skal forberedes i et stort område, skal der desuden etableres en produktionslinje med kontinuerlig aflejring af hvert lag i industriel produktion. Samlet set kræver processen med storarealforberedelse af perovskit tynde film stadig yderligere optimering.
Endelig er blyets toksicitet også et problem. Under ældningsprocessen af nuværende højeffektive perovskit-enheder vil perovskit nedbrydes for at producere frie blyioner og blymonomerer, som vil være sundhedsfarlige, når de kommer ind i menneskekroppen.
Luo Jingshan mener, at problemer såsom stabilitet kan løses ved at pakke enheden. "Hvis i fremtiden, disse to problemer er løst, er der også en moden forberedelsesproces, kan også lave perovskit-enheder til gennemskinnelig glas eller gøre på overfladen af bygninger for at opnå solcelle-bygningsintegration, eller lavet til fleksible foldbare enheder til rumfart og rumfart. andre felter, så perovskit i rummet uden vand og iltmiljø spiller en maksimal rolle." Luo Jingshan er sikker på fremtiden for perovskite.
Indlægstid: 15-apr-2023