Στη φωτοβολταϊκή βιομηχανία, ο Perovskite βρίσκεται σε ζεστή ζήτηση τα τελευταία χρόνια. Ο λόγος για τον οποίο προέκυψε ως το "αγαπημένο" στον τομέα των ηλιακών κυττάρων οφείλεται στις μοναδικές του συνθήκες. Το μεταλλεύμα τιτανίου ασβεστίου έχει πολλές εξαιρετικές φωτοβολταϊκές ιδιότητες, απλή διαδικασία προετοιμασίας και ένα ευρύ φάσμα πρώτων υλών και άφθονου περιεχομένου. Επιπλέον, το Perovskite μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, στην αεροπορία, στην κατασκευή, στις συσκευές παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και σε πολλά άλλα πεδία.
Στις 21 Μαρτίου, ο Ningde Times υπέβαλε αίτηση για το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας του "ηλιακού κυττάρου Titanite ασβεστίου και της μεθόδου παρασκευής και της συσκευής ισχύος". Τα τελευταία χρόνια, με την υποστήριξη των εγχώριων πολιτικών και μέτρων, η βιομηχανία μεταλλεύματος ασβεστίου, που αντιπροσωπεύεται από ηλιακά κύτταρα μετατάσεων ασβεστίου-οπιούχου, έχει κάνει μεγάλα βήματα. Τι είναι λοιπόν ο Perovskite; Πώς είναι η εκβιομηχάνιση του Perovskite; Ποιες προκλήσεις εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν; Επιστήμη και τεχνολογία Ημερήσια δημοσιογράφος συνέντευξη με τους σχετικούς εμπειρογνώμονες.
Το Perovskite δεν είναι ούτε ασβέστιο ούτε τιτάνιο.
Οι λεγόμενοι περοβσκίτες δεν είναι ούτε ασβέστιο ούτε τιτάνιο, αλλά ένας γενικός όρος για μια κατηγορία "κεραμικών οξειδίων" με την ίδια κρυσταλλική δομή, με τον μοριακό τύπο Abx3. Το Α σημαίνει "μεγάλο κατιόν ακτίνας", Β για "μεταλλικό κατιόν" και Χ για "ανιόν αλογόνου". Το Α αντιπροσωπεύει το "μεγάλο κατιόν ακτίνας", το Β αντιπροσωπεύει το "μεταλλικό κατιόν" και το Χ αντιπροσωπεύει "αλογόνο ανιόν". Αυτά τα τρία ιόντα μπορούν να παρουσιάσουν πολλές εκπληκτικές φυσικές ιδιότητες μέσω της διάταξης διαφόρων στοιχείων ή προσαρμόζοντας την απόσταση μεταξύ τους, συμπεριλαμβανομένων, ενδεικτικά, της μόνωσης, της σιδηροηλεκτρικής ενέργειας, του αντιφερρομαγνητισμού, του γιγαντιαίου μαγνητικού αποτελέσματος κ.λπ.
"Σύμφωνα με τη στοιχειακή σύνθεση του υλικού, οι περοβσκίτες μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες: πολύπλοκες περοβσκίτες μετάλλου, οργανικά υβριδικά περοβσκίτες και ανόργανοι αλογονωμένοι περοβσκίτες". Ο Luo Jingshan, καθηγητής στο σχολείο ηλεκτρονικών πληροφοριών και οπτικής μηχανικής του Πανεπιστημίου Nankai, εισήγαγε ότι οι τιτανίτες ασβεστίου που χρησιμοποιούνται τώρα στα φωτοβολταϊκά είναι συνήθως τα τελευταία δύο.
Το Perovskite μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλούς τομείς, όπως οι χερσαίες σταθμές ηλεκτροπαραγωγής, η αεροδιαστημική, η κατασκευή και οι φορητές συσκευές παραγωγής ενέργειας. Μεταξύ αυτών, το φωτοβολταϊκό πεδίο είναι η κύρια περιοχή εφαρμογής του Perovskite. Οι δομές τιτανίτη ασβεστίου είναι εξαιρετικά σχεδιαστικές και έχουν πολύ καλή φωτοβολταϊκή απόδοση, η οποία είναι μια δημοφιλής κατεύθυνση έρευνας στο φωτοβολταϊκό πεδίο τα τελευταία χρόνια.
Η εκβιομηχάνιση του Perovskite επιταχύνεται και οι εγχώριες επιχειρήσεις ανταγωνίζονται για τη διάταξη. Αναφέρεται ότι τα πρώτα 5.000 κομμάτια μονάδων μεταλλεύματος τιτανίου ασβεστίου που αποστέλλονται από την Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd. Η Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. επιταχύνει επίσης την κατασκευή της μεγαλύτερης πιλοτικής πιλοτικής γραμμής 150 MW πλήρους ασβεστίου. Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MW Η γραμμή παραγωγής φωτοβολταϊκών μονάδων ασβεστίου έχει ολοκληρωθεί και τεθεί σε λειτουργία το Δεκέμβριο του 2022 και η ετήσια τιμή εξόδου μπορεί να φτάσει τα 300 εκατομμύρια γιουάν μετά την επίτευξη της παραγωγής.
Το μεταλλεύμα τιτανίου ασβεστίου έχει προφανή πλεονεκτήματα στη φωτοβολταϊκή βιομηχανία
Στη φωτοβολταϊκή βιομηχανία, ο Perovskite βρίσκεται σε ζεστή ζήτηση τα τελευταία χρόνια. Ο λόγος για τον οποίο προέκυψε ως το "αγαπημένο" στον τομέα των ηλιακών κυττάρων οφείλεται στις δικές του μοναδικές συνθήκες.
"Πρώτον, ο Perovskite έχει πολυάριθμες εξαιρετικές οπτοηλεκτρονικές ιδιότητες, όπως το ρυθμιζόμενο κενό ζώνης, τον υψηλό συντελεστή απορρόφησης, την ενέργεια δέσμευσης χαμηλής διεγερτικής, την υψηλή κινητικότητα των φορέων, την υψηλή ανοχή ελαττωμάτων κλπ. Δεύτερον, η διαδικασία προετοιμασίας του Perovskite είναι απλή και μπορεί να επιτύχει τη διαφανή, υπερ-ελαφρότητα, την υπερ-εχθρότητα, την ευελιξία κλπ. Τέλος, οι πρώτες ύλες Perovskite είναι ευρέως διαθέσιμες και άφθονες. " Ο Luo Jingshan εισήγαγε. Και η προετοιμασία του περοβσκίτη απαιτεί επίσης σχετικά χαμηλή καθαρότητα πρώτων υλών.
Επί του παρόντος, το φωτοβολταϊκό πεδίο χρησιμοποιεί μεγάλο αριθμό ηλιακών κυττάρων με βάση το πυρίτιο, τα οποία μπορούν να χωριστούν σε μονοκρυσταλλικό πυρίτιο, πολυκρυσταλλικό πυρίτιο και άμορφα ηλιακά κύτταρα πυριτίου. Ο θεωρητικός φωτοηλεκτρικός πόλος μετατροπής των κυττάρων κρυσταλλικού πυριτίου είναι 29,4%και το τρέχον εργαστηριακό περιβάλλον μπορεί να φτάσει το μέγιστο 26,7%, το οποίο είναι πολύ κοντά στο ανώτατο όριο της μετατροπής. Είναι προβλέψιμο ότι το οριακό κέρδος της τεχνολογικής βελτίωσης θα γίνει επίσης μικρότερο και μικρότερο. Αντίθετα, η φωτοβολταϊκή απόδοση μετατροπής των κυττάρων perovskite έχει υψηλότερη θεωρητική τιμή πόλης 33%και εάν δύο κύτταρα perovskite στοιβάζονται προς τα πάνω και προς τα κάτω, η θεωρητική απόδοση μετατροπής μπορεί να φθάσει το 45%.
Εκτός από την "αποτελεσματικότητα", ένας άλλος σημαντικός παράγοντας είναι το "κόστος". Για παράδειγμα, ο λόγος για τον οποίο το κόστος της πρώτης γενιάς μπαταριών λεπτού φιλμ δεν μπορεί να μειωθεί είναι ότι τα αποθέματα κάδμιο και γαλλίου, τα οποία είναι σπάνια στοιχεία στη γη, είναι πολύ μικρά και ως εκ τούτου, τόσο πιο αναπτυγμένη είναι η βιομηχανία είναι, τόσο μεγαλύτερη είναι η ζήτηση, τόσο υψηλότερο είναι το κόστος παραγωγής και ποτέ δεν κατάφερε να γίνει ένα βασικό προϊόν. Οι πρώτες ύλες του Perovskite κατανέμονται σε μεγάλες ποσότητες στη γη και η τιμή είναι επίσης πολύ φθηνή.
Επιπλέον, το πάχος της επίστρωσης μεταλλεύματος ασβεστίου για το μεταλλεύματος ασβεστίου για τις μπαταρίες ορυκτών ασβεστίου είναι μόνο μερικές εκατοντάδες νανομέτες, περίπου το 1/500ο από εκείνο των πλακών πυριτίου, πράγμα που σημαίνει ότι η ζήτηση για το υλικό είναι πολύ μικρό. Για παράδειγμα, η τρέχουσα παγκόσμια ζήτηση για υλικό πυριτίου για κύτταρα κρυσταλλικού πυριτίου είναι περίπου 500.000 τόνοι ετησίως και εάν όλα αυτά αντικαθίστανται από κύτταρα περοβσκίτη, θα χρειαστούν μόνο 1.000 τόνοι περοβσκίτη.
Όσον αφορά το κόστος κατασκευής, τα κρυσταλλικά κύτταρα πυριτίου απαιτούν καθαρισμό πυριτίου σε 99,9999%, οπότε το πυρίτιο πρέπει να θερμαίνεται σε 1400 βαθμούς Κελσίου, να λιωθεί σε υγρό, να τραβηχτεί σε στρογγυλές ράβδους και φέτες και στη συνέχεια να συγκεντρωθεί σε κύτταρα, με τουλάχιστον τέσσερα εργοστάσια και δύο σε τρεις ημέρες στο μεταξύ και μεγαλύτερη κατανάλωση ενέργειας. Αντίθετα, για την παραγωγή κυττάρων perovskite, είναι απαραίτητο μόνο να εφαρμοστεί το υγρό βάσης perovskite στο υπόστρωμα και στη συνέχεια να περιμένει την κρυστάλλωση. Η όλη διαδικασία περιλαμβάνει μόνο γυαλί, συγκολλητική μεμβράνη, περοβσκίτη και χημικά υλικά και μπορεί να ολοκληρωθεί σε ένα εργοστάσιο και η όλη διαδικασία διαρκεί μόνο περίπου 45 λεπτά.
"Τα ηλιακά κύτταρα που παρασκευάστηκαν από το Perovskite έχουν εξαιρετική απόδοση φωτοηλεκτρικής μετατροπής, η οποία έχει φτάσει το 25,7% σε αυτό το στάδιο και μπορεί να αντικαταστήσει τα παραδοσιακά ηλιακά κύτταρα με βάση το πυρίτιο στο μέλλον για να γίνει το εμπορικό mainstream". Είπε ο Luo Jingshan.
Υπάρχουν τρία σημαντικά προβλήματα που πρέπει να λυθούν για την προώθηση της εκβιομηχάνισης
Κατά την προώθηση της εκβιομηχάνισης του χαλκοκίτη, οι άνθρωποι εξακολουθούν να πρέπει να λύσουν 3 προβλήματα, δηλαδή τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα του χαλκοκίτη, την παρασκευή μεγάλων περιοχών και την τοξικότητα του μολύβδου.
Πρώτον, ο Perovskite είναι πολύ ευαίσθητος στο περιβάλλον και παράγοντες όπως η θερμοκρασία, η υγρασία, το φως και το φορτίο κυκλώματος μπορούν να οδηγήσουν στην αποσύνθεση του περοβσκίτη και στη μείωση της κυτταρικής απόδοσης. Επί του παρόντος, οι περισσότερες εργαστηριακές μονάδες Perovskite δεν πληρούν το διεθνές πρότυπο IEC 61215 για τα φωτοβολταϊκά προϊόντα, ούτε φθάνουν στη διάρκεια ζωής των 10-20 ετών ηλιακών κυττάρων πυριτίου, οπότε το κόστος του Perovskite δεν εξακολουθεί να είναι επωφελής στο παραδοσιακό φωτοβολταϊκό πεδίο. Επιπλέον, ο μηχανισμός υποβάθμισης του Perovskite και των συσκευών του είναι πολύ περίπλοκος και δεν υπάρχει πολύ σαφής κατανόηση της διαδικασίας στον τομέα, ούτε υπάρχει ένα ενοποιημένο ποσοτικό πρότυπο, το οποίο είναι επιζήμιο για την έρευνα σταθερότητας.
Ένα άλλο σημαντικό ζήτημα είναι πώς να τα προετοιμάσετε σε μεγάλη κλίμακα. Επί του παρόντος, όταν πραγματοποιούνται μελέτες βελτιστοποίησης συσκευών στο εργαστήριο, η αποτελεσματική περιοχή φωτός των χρησιμοποιούμενων συσκευών είναι συνήθως μικρότερη από 1 cm2 και όταν πρόκειται για το στάδιο της εμπορικής εφαρμογής μεγάλης κλίμακας εξαρτήματα, οι μέθοδοι παρασκευής εργαστηρίου πρέπει να βελτιωθούν ή αντικαταστάθηκε. Οι κύριες μέθοδοι που ισχύουν επί του παρόντος για την παρασκευή ταινιών μεγάλης περιοχής Perovskite είναι η μέθοδος λύσης και η μέθοδος εξάτμισης κενού. Στη μέθοδο διαλύματος, η συγκέντρωση και η αναλογία του προδρόμου διαλύματος, ο τύπος του διαλύτη και ο χρόνος αποθήκευσης έχουν μεγάλο αντίκτυπο στην ποιότητα των μεμβρανών Perovskite. Η μέθοδος εξάτμισης κενού προετοιμάζει καλής ποιότητας και ελεγχόμενη εναπόθεση μεμβρανών Perovskite, αλλά είναι και πάλι δύσκολο να επιτευχθεί καλή επαφή μεταξύ πρόδρομων και υποστρωμάτων. Επιπλέον, επειδή το στρώμα μεταφοράς φορτίου της συσκευής Perovskite πρέπει επίσης να παρασκευαστεί σε μεγάλη περιοχή, πρέπει να δημιουργηθεί μια γραμμή παραγωγής με συνεχή εναπόθεση κάθε στρώματος στη βιομηχανική παραγωγή. Συνολικά, η διαδικασία της μεγάλης περιοχής παρασκευής των λεπτών μεμβρανών Perovskite εξακολουθεί να χρειάζεται περαιτέρω βελτιστοποίηση.
Τέλος, η τοξικότητα του μολύβδου αποτελεί επίσης θέμα ανησυχίας. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας γήρανσης των σημερινών συσκευών Perovskite υψηλής απόδοσης, ο Perovskite θα αποσυντεθεί για να παράγει ελεύθερα ιόντα μολύβδου και να οδηγήσει μονομερή, τα οποία θα είναι επικίνδυνα για την υγεία μόλις εισέλθουν στο ανθρώπινο σώμα.
Ο Luo Jingshan πιστεύει ότι προβλήματα όπως η σταθερότητα μπορούν να λυθούν με συσκευασία συσκευών. "Εάν στο μέλλον, αυτά τα δύο προβλήματα επιλύονται, υπάρχει επίσης μια ώριμη διαδικασία παρασκευής, μπορούν επίσης να κάνουν τις συσκευές Perovskite σε ημιδιαφανές γυαλί ή να κάνουν στην επιφάνεια των κτιρίων για να επιτύχουν φωτοβολταϊκή ενσωμάτωση κτιρίων ή σε εύκαμπτες αναδιπλούμενες συσκευές για αεροδιαστημική και Άλλα πεδία, έτσι ώστε ο Perovskite στο διάστημα χωρίς νερό και περιβάλλον οξυγόνου για να διαδραματίσει μέγιστο ρόλο. " Ο Luo Jingshan είναι σίγουρος για το μέλλον του Perovskite.
Χρόνος δημοσίευσης: Απριλίου-15-2023