I den fotovoltaiske industri har Perovskite været i varm efterspørgsel i de senere år. Årsagen til, at det er fremkommet som "favorit" inden for solceller, skyldes dets unikke forhold. Calciumtitaniummalm har mange fremragende fotovoltaiske egenskaber, enkel fremstillingsproces og en lang række råvarer og rigeligt indhold. Derudover kan Perovskite også bruges i jordkraftværker, luftfart, konstruktion, bærbare kraftproduktionsenheder og mange andre felter.
Den 21. marts ansøgte Ningde Times om patentet af "Calcium Titanite Solar Cell og dens forberedelsesmetode og effektenhed". I de senere år, med støtte fra indenlandske politikker og foranstaltninger, har calcium-titanmalmindustrien, repræsenteret af calcium-titanmalmsolceller, gjort store fremskridt. Så hvad er Perovskite? Hvordan er industrialiseringen af Perovskite? Hvilke udfordringer står stadig over for? Videnskab og teknologi Daily Reporter interviewede de relevante eksperter.
Perovskite er hverken calcium eller titanium.
De såkaldte perovskitter er hverken calcium eller titanium, men en generisk betegnelse for en klasse af "keramiske oxider" med den samme krystalstruktur med den molekylære formel ABX3. A står for "stor radiuskation", B for "metalkation" og x for "halogenanion". A står for "stor radiuskation", 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 materialets elementære sammensætning kan perovskitter omtrent opdeles i tre kategorier: komplekse metaloxid -perovskitter, organiske hybrid perovskitter og uorganiske halogenerede perovskitter.” Luo Jingshan, en professor ved Nankai University's School of Electronic Information and Optical Engineering, introducerede, at calciumtitanitterne, der nu bruges i fotovoltaik, normalt er de sidstnævnte to.
Perovskite kan bruges på mange områder såsom jordbaserede kraftværker, rumfart, konstruktion og bærbare kraftproduktionsenheder. Blandt dem er fotovoltaisk felt det vigtigste anvendelsesområde for perovskit. Calciumtitanitstrukturer er meget designbare og har meget god fotovoltaisk ydeevne, som er en populær forskningsretning i fotovoltaisk felt i de senere år.
Industrialiseringen af Perovskite accelererer, og indenlandske virksomheder konkurrerer om layoutet. Det rapporteres, at de første 5.000 stykker calciumtitaniummalmmoduler blev sendt fra Hangzhou FoTa Photoelectric Technology Co., Ltd; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. fremskynder også konstruktionen af verdens største 150 MW fuld calciumtitaniummalm lamineret pilotlinie; Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MW calcium-titanmalm-fotovoltaisk modulproduktionslinje er afsluttet og sat i drift i december 2022, og den årlige outputværdi kan nå ud til 300 millioner yuan efter at have nået produktionen.
Calciumtitaniummalm har åbenlyse fordele i fotovoltaisk industri
I den fotovoltaiske industri har Perovskite været i varm efterspørgsel i de senere år. Årsagen til, at det er fremkommet som ”favoritten” inden for solceller, skyldes sine egne unikke forhold.
”For det første har Perovskite adskillige fremragende optoelektroniske egenskaber, såsom justerbart båndgap, høj absorptionskoefficient, lav excitonbindende energi, høj bærermobilitet, høj defekttolerance osv.; For det andet er forberedelsesprocessen for perovskit enkel og kan opnå gennemsigtighed, ultra-lyshed, ultratinness, fleksibilitet osv. Endelig er perovskit-råmaterialer bredt tilgængelige og rigelige. ” Luo Jingshan introducerede. Og fremstillingen af perovskit kræver også relativt lav renhed af råmaterialer.
På nuværende tidspunkt bruger 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 nå maksimalt 26,7%, hvilket er meget tæt på konverteringsloftet; Det kan forventes, at den marginale gevinst ved teknologisk forbedring også vil blive mindre og mindre. I modsætning hertil har den fotovoltaiske konverteringseffektivitet af perovskitceller en højere teoretisk polværdi på 33%, og hvis to perovskitceller er stablet op og ned sammen, kan den teoretiske konverteringseffektivitet nå 45%.
Ud over "effektivitet" er en anden vigtig faktor "omkostninger". F.eks er, jo større efterspørgsel, jo højere er produktionsomkostningerne, og det har aldrig været i stand til at blive et mainstream -produkt. Råmaterialerne i perovskit er fordelt i store mængder på jorden, og prisen er også meget billig.
Derudover er tykkelsen af calciumtitanmalmbelægningen til calcium-titanmalmbatterier kun et par hundrede nanometre, ca. 1/500. af siliciumskiver, hvilket betyder, at efterspørgslen efter materialet er meget lille. For eksempel er den nuværende globale efterspørgsel efter siliciummateriale til krystallinske siliciumceller ca. 500.000 ton om året, og hvis alle af dem erstattes med perovskitceller, er det kun nødvendigt med ca. 1.000 ton perovskite.
Med hensyn til fremstillingsomkostninger kræver krystallinske siliciumceller siliciumrensning til 99.9999%, så silicium skal opvarmes til 1400 grader celsius, smeltet i væske, trukket ind i runde stænger og skiver og derefter samles i celler med mindst fire fabrikker og to til tre dage imellem og større energiforbrug. I modsætning hertil er det kun nødvendigt at anvende den perovskitbasisvæsk til produktionen af perovskitceller. Hele processen involverer kun glas, klæbende film, perovskit og kemiske materialer og kan afsluttes på en fabrik, og hele processen tager kun ca. 45 minutter.
"Solceller fremstillet fra Perovskite har fremragende fotoelektrisk konverteringseffektivitet, som har nået 25,7% på dette trin og kan erstatte traditionelle siliciumbaserede solceller i fremtiden for at blive den kommercielle mainstream." Luo Jingshan sagde.
Der er tre store problemer, der skal løses for at fremme industrialisering
Ved fremme af industrialiseringen af chalcocit er folk stadig nødt til at løse 3 problemer, nemlig den langsigtede stabilitet af chalcocit, stort områdeforberedelse og toksiciteten af bly.
For det første er perovskit meget følsom over for miljøet, og faktorer som temperatur, fugtighed, lys og kredsløb kan føre til nedbrydning af perovskit og reduktion af celleeffektivitet. I øjeblikket opfylder de fleste laboratorie-perovskitmoduler ikke IEC 61215 internationale standard for fotovoltaiske produkter, og de når heller ikke 10-20 års levetid for siliciumsolceller, så omkostningerne ved perovskit er stadig ikke fordelagtige i det traditionelle fotovoltaiske felt. Derudover er nedbrydningsmekanismen for perovskit og dens enheder meget kompleks, og der er ingen særlig klar forståelse af processen i området, og der er heller ikke en samlet kvantitativ standard, hvilket er skadeligt for stabilitetsforskning.
Et andet stort problem er, hvordan man forbereder dem i stor skala. I øjeblikket, når enhedsoptimeringsundersøgelser udføres i laboratoriet, er det effektive lysområde på de anvendte enheder normalt mindre end 1 cm2, og når det kommer til det kommercielle anvendelsesstadium for store komponenter, skal laboratorieforberedelsesmetoderne forbedres eller erstattet. De vigtigste metoder, der i øjeblikket gælder for fremstillingen af perovskitfilm i storområdet, er løsningsmetoden og vakuumfordampningsmetoden. I opløsningsmetoden har koncentrationen og forholdet mellem forløberopløsningen, opløsningsmidlet og opbevaringstiden en stor indflydelse på kvaliteten af de perovskitiske film. Vakuumfordampningsmetode forbereder god kvalitet og kontrollerbar deponering af perovskitfilm, men det er igen vanskeligt at opnå god kontakt mellem forløbere og underlag. Fordi ladningstransportlaget for den perovskitiske enhed også skal forberedes i et stort område, skal der etableres en produktionslinje med kontinuerlig deponering af hvert lag i industriel produktion. Generelt har processen med forberedelse af storområdet perovskit tynde film stadig brug for yderligere optimering.
Endelig er toksiciteten af bly også et spørgsmål om bekymring. Under aldringsprocessen med den nuværende højeffektiv perovskit-enheder nedbrydes perovskit for at producere frie blyioner og bly-monomerer, hvilket vil være farligt for helbredet, når de kommer ind i den menneskelige krop.
Luo Jingshan mener, at problemer som stabilitet kan løses ved enhedsemballage. ”Hvis disse to problemer i fremtiden løses, er der også en moden forberedelsesproces, kan også gøre perovskitenheder til gennemskinneligt glas eller gøre på bygningens overflade for at opnå fotovoltaisk bygningsintegration eller lavet til fleksible sammenklappelige enheder til rumfart og Andre felter, så perovskit i rummet uden vand og iltmiljø for at spille en maksimal rolle. ” Luo Jingshan er overbevist om Perovskite's fremtid.
Posttid: Apr-15-2023