Fotoelementu nozarē perovskīts pēdējos gados ir bijis ļoti pieprasīts. Iemesls, kāpēc tas ir kļuvis par "mīļāko" saules bateriju jomā, ir saistīts ar tā unikālajiem apstākļiem. Kalcija titāna rūdai ir daudz lielisku fotoelementu īpašību, vienkāršs sagatavošanas process, plašs izejvielu klāsts un bagātīgs saturs. Turklāt perovskītu var izmantot arī zemes spēkstacijās, aviācijā, celtniecībā, valkājamās enerģijas ražošanas ierīcēs un daudzās citās jomās.
21. martā Ningde Times iesniedza pieteikumu patentam “kalcija titanīta saules baterijai un tā sagatavošanas metodei un barošanas ierīcei”. Pēdējos gados ar vietējo politiku un pasākumu atbalstu kalcija-titāna rūdas rūpniecība, ko pārstāv kalcija-titāna rūdas saules baterijas, ir guvusi lielus panākumus. Tātad, kas ir perovskīts? Kā notiek perovskīta industrializācija? Ar kādiem izaicinājumiem joprojām jāsaskaras? Zinātnes un tehnoloģiju dienas reportieris intervēja attiecīgos ekspertus.
Perovskīts nav ne kalcijs, ne titāns.
Tā sauktie perovskīti nav ne kalcijs, ne titāns, bet gan vispārīgs termins “keramikas oksīdu” klasei ar tādu pašu kristāla struktūru ar molekulāro formulu ABX3. A apzīmē "liela rādiusa katjonu", B apzīmē "metāla katjonu" un X apzīmē "halogēna anjonu". A apzīmē "liela rādiusa katjonu", B apzīmē "metāla katjonu" un X apzīmē "halogēna anjonu". Šiem trim joniem var būt daudz pārsteidzošu fizikālu īpašību, izkārtojot dažādus elementus vai pielāgojot attālumu starp tiem, tostarp, bet ne tikai, izolāciju, feroelektriskumu, antiferomagnētismu, milzu magnētisko efektu utt.
"Atbilstoši materiāla elementārajam sastāvam perovskītus var aptuveni iedalīt trīs kategorijās: kompleksie metāla oksīda perovskīti, organiskie hibrīda perovskīti un neorganiskie halogenētie perovskīti." Luo Jingshan, Nankai Universitātes Elektroniskās informācijas un optiskās inženierijas skolas profesors, iepazīstināja ar to, ka kalcija titanīti, ko tagad izmanto fotoelementos, parasti ir pēdējie divi.
perovskītu var izmantot daudzās jomās, piemēram, sauszemes elektrostacijās, aviācijā, celtniecībā un valkājamās enerģijas ražošanas ierīcēs. Starp tiem fotoelementu lauks ir galvenā perovskīta pielietojuma joma. Kalcija titanīta struktūras ir ļoti projektējamas un tām ir ļoti laba fotoelementu veiktspēja, kas pēdējos gados ir populārs pētniecības virziens fotoelektriskajā jomā.
Perovskīta industrializācija paātrinās, un vietējie uzņēmumi sacenšas par izkārtojumu. Tiek ziņots, ka pirmie 5000 kalcija titāna rūdas moduļu gabali tika nosūtīti no Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. arī paātrina pasaulē lielākās 150 MW pilnas kalcija titāna rūdas laminētas izmēģinājuma līnijas būvniecību; Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MW kalcija-titāna rūdas fotoelektrisko moduļu ražošanas līnija ir pabeigta un nodota ekspluatācijā 2022. gada decembrī, un gada produkcijas vērtība pēc ražošanas sasniegšanas var sasniegt 300 miljonus juaņu.
Kalcija titāna rūdai ir acīmredzamas priekšrocības fotoelektriskajā rūpniecībā
Fotoelementu nozarē perovskīts pēdējos gados ir bijis ļoti pieprasīts. Iemesls, kāpēc tas ir kļuvis par "mīļāko" saules bateriju jomā, ir saistīts ar saviem unikālajiem apstākļiem.
"Pirmkārt, perovskītam ir daudzas izcilas optoelektroniskas īpašības, piemēram, regulējama joslas sprauga, augsts absorbcijas koeficients, zema eksitona saistīšanas enerģija, augsta nesēja mobilitāte, augsta defektu tolerance utt.; otrkārt, perovskīta sagatavošanas process ir vienkāršs un var sasniegt caurspīdīgumu, īpaši vieglumu, īpaši plānumu, elastību utt. Visbeidzot, perovskīta izejvielas ir plaši pieejamas un bagātīgas. Luo Jingshan iepazīstināja. Un arī perovskīta pagatavošanai nepieciešama salīdzinoši zema izejvielu tīrība.
Pašlaik PV laukā tiek izmantots liels skaits uz silīcija bāzes izgatavotu saules bateriju, kuras var iedalīt monokristāliskā silīcijā, polikristāliskā silīcijā un amorfā silīcija saules baterijās. Kristāliskā silīcija elementu teorētiskais fotoelektriskās konversijas pols ir 29,4%, un pašreizējā laboratorijas vide var sasniegt maksimāli 26,7%, kas ir ļoti tuvu konversijas griestiem; ir paredzams, ka arī tehnoloģiskā uzlabojuma marginālais ieguvums kļūs arvien mazāks. Turpretim perovskīta elementu fotoelementu pārveidošanas efektivitātei ir augstāka teorētiskā pola vērtība - 33%, un, ja divas perovskīta šūnas ir sakrautas kopā, teorētiskā konversijas efektivitāte var sasniegt 45%.
Papildus “efektivitātei” vēl viens svarīgs faktors ir “izmaksas”. Piemēram, iemesls, kāpēc pirmās paaudzes plānās plēves akumulatoru izmaksas nevar samazināties, ir tas, ka kadmija un gallija, kas ir reti sastopami elementi uz zemes, rezerves ir pārāk mazas, un līdz ar to, jo attīstītāka ir nozare. ir, jo lielāks pieprasījums, jo augstākas ir ražošanas izmaksas, un tas nekad nav spējis kļūt par galveno produktu. Perovskīta izejvielas uz zemes tiek izplatītas lielos daudzumos, un arī cena ir ļoti lēta.
Turklāt kalcija-titāna rūdas pārklājuma biezums kalcija-titāna rūdas akumulatoriem ir tikai daži simti nanometru, kas ir aptuveni 1/500 daļa no silīcija plātņu biezuma, kas nozīmē, ka pieprasījums pēc materiāla ir ļoti mazs. Piemēram, šobrīd globālais pieprasījums pēc silīcija materiāla kristāliskā silīcija šūnām ir aptuveni 500 000 tonnu gadā, un, ja tās visas nomainīs ar perovskīta šūnām, būs nepieciešamas tikai aptuveni 1000 tonnas perovskīta.
Ražošanas izmaksu ziņā kristāliskā silīcija šūnām ir nepieciešama silīcija attīrīšana līdz 99,9999%, tāpēc silīcijs ir jāuzsilda līdz 1400 grādiem pēc Celsija, jāizkausē šķidrumā, jāievelk apaļos stieņos un šķēlēs un pēc tam jāsaliek šūnās ar vismaz četrām rūpnīcām un divām. līdz trīs dienām un lielāks enerģijas patēriņš. Turpretim perovskīta šūnu ražošanai ir nepieciešams tikai uzklāt perovskīta bāzes šķidrumu uz substrāta un pēc tam gaidīt kristalizāciju. Viss process ietver tikai stiklu, līmplēvi, perovskītu un ķīmiskos materiālus, un to var pabeigt vienā rūpnīcā, un viss process aizņem tikai aptuveni 45 minūtes.
"No perovskīta izgatavotajām saules baterijām ir lieliska fotoelektriskās konversijas efektivitāte, kas šajā posmā ir sasniegusi 25,7%, un nākotnē tās var aizstāt tradicionālās silīcija bāzes saules baterijas, lai kļūtu par komerciālu galveno virzienu." Luo Jingshan teica.
Lai veicinātu industrializāciju, ir jāatrisina trīs galvenās problēmas
Veicinot halkocīta industrializāciju, cilvēkiem joprojām ir jāatrisina 3 problēmas, proti, halkocīta ilgtermiņa stabilitāte, liela platības sagatavošana un svina toksicitāte.
Pirmkārt, perovskīts ir ļoti jutīgs pret vidi, un tādi faktori kā temperatūra, mitrums, gaisma un ķēdes slodze var izraisīt perovskīta sadalīšanos un šūnu efektivitātes samazināšanos. Pašlaik lielākā daļa laboratorijas perovskīta moduļu neatbilst starptautiskajam standartam IEC 61215 attiecībā uz fotoelementiem, kā arī nesasniedz silīcija saules bateriju 10–20 gadu kalpošanas laiku, tāpēc perovskīta izmaksas joprojām nav izdevīgas tradicionālajā fotoelementu jomā. Turklāt perovskīta un tā ierīču degradācijas mehānisms ir ļoti sarežģīts, un šajā jomā nav īsti skaidras izpratnes par procesu, kā arī nav vienota kvantitatīvā standarta, kas kaitē stabilitātes pētījumiem.
Vēl viens svarīgs jautājums ir, kā tos sagatavot lielā mērogā. Šobrīd, kad laboratorijā tiek veikti ierīču optimizācijas pētījumi, izmantoto ierīču efektīvais gaismas laukums parasti ir mazāks par 1 cm2, un, runājot par liela mēroga komponentu komerciālās pielietošanas stadiju, ir jāuzlabo laboratorijas sagatavošanas metodes. vai aizstāts. Galvenās metodes, ko pašlaik izmanto liela laukuma perovskīta plēvju sagatavošanai, ir šķīduma metode un vakuuma iztvaicēšanas metode. Šķīduma metodē prekursora šķīduma koncentrācijai un attiecībai, šķīdinātāja veidam un uzglabāšanas laikam ir liela ietekme uz perovskīta plēvju kvalitāti. Vakuuma iztvaicēšanas metode sagatavo labas kvalitātes un kontrolējamu perovskīta plēvju nogulsnēšanos, taču atkal ir grūti panākt labu kontaktu starp prekursoriem un substrātiem. Turklāt, tā kā perovskīta ierīces lādiņa transportēšanas slānis ir jāsagatavo arī lielā platībā, rūpnieciskajā ražošanā ir jāizveido ražošanas līnija ar nepārtrauktu katra slāņa nogulsnēšanos. Kopumā perovskīta plāno kārtiņu lielas platības sagatavošanas process joprojām ir jāpilnveido.
Visbeidzot, bažas rada arī svina toksicitāte. Pašreizējo augstas efektivitātes perovskīta ierīču novecošanas procesā perovskīts sadalīsies, veidojot brīvus svina jonus un svina monomērus, kas, nonākot cilvēka ķermenī, būs bīstami veselībai.
Luo Jingshan uzskata, ka tādas problēmas kā stabilitāte var atrisināt ar ierīces iepakojumu. "Ja nākotnē šīs divas problēmas tiks atrisinātas, ir arī nobriedis sagatavošanas process, var arī izgatavot perovskīta ierīces caurspīdīgā stiklā vai veikt uz ēku virsmas, lai panāktu fotoelementu ēku integrāciju, vai padarītu elastīgas salokāmas ierīces kosmosa un kosmosa vajadzībām. citos laukos, lai perovskīts telpā bez ūdens un skābekļa vidē spēlētu maksimālu lomu. Luo Jingshan ir pārliecināts par perovskīta nākotni.
Publicēšanas laiks: 15.04.2023