Στη βιομηχανία φωτοβολταϊκών, ο περοβσκίτης έχει μεγάλη ζήτηση τα τελευταία χρόνια. Ο λόγος που έχει αναδειχθεί ως το «αγαπημένο» στον τομέα των ηλιακών κυψελών οφείλεται στις μοναδικές του συνθήκες. Το μετάλλευμα ασβεστίου τιτανίου έχει πολλές εξαιρετικές φωτοβολταϊκές ιδιότητες, απλή διαδικασία παρασκευής και ένα ευρύ φάσμα πρώτων υλών και άφθονο περιεχόμενο. Επιπλέον, ο περοβσκίτης μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε επίγειους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, αεροπορία, κατασκευές, φορητές συσκευές παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και πολλούς άλλους τομείς.
Στις 21 Μαρτίου, η Ningde Times υπέβαλε αίτηση για το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας του «ηλιακό στοιχείο ασβεστίου τιτανίτη και η μέθοδος παρασκευής του και η συσκευή ισχύος». Τα τελευταία χρόνια, με την υποστήριξη εγχώριων πολιτικών και μέτρων, η βιομηχανία μεταλλευμάτων ασβεστίου-τιτανίου, που αντιπροσωπεύεται από ηλιακές κυψέλες μεταλλεύματος ασβεστίου-τιτανίου, έχει κάνει μεγάλα βήματα. Τι είναι λοιπόν ο περοβσκίτης; Πώς είναι η βιομηχανοποίηση του περοβσκίτη; Ποιες προκλήσεις εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν; Ο δημοσιογράφος της Science and Technology Daily πήρε συνέντευξη από τους σχετικούς εμπειρογνώμονες.
Ο περοβσκίτης 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 μοριακό τύπο ABX3. Το A σημαίνει "κατιόν μεγάλης ακτίνας", το B για "κατιόν μετάλλου" και το X για "ανιόν αλογόνου". Το A σημαίνει "κατιόν μεγάλης ακτίνας", το B σημαίνει "κατιόν μετάλλου" και το X σημαίνει "ανιόν αλογόνου". Αυτά τα τρία ιόντα μπορούν να επιδείξουν πολλές εκπληκτικές φυσικές ιδιότητες μέσω της διάταξης διαφορετικών στοιχείων ή ρυθμίζοντας την απόσταση μεταξύ τους, συμπεριλαμβανομένων, ενδεικτικά, της μόνωσης, του σιδηροηλεκτρισμού, του αντισιδηρομαγνητισμού, του γιγάντια μαγνητική επίδραση κ.λπ.
«Σύμφωνα με τη στοιχειακή σύνθεση του υλικού, οι περοβσκίτες μπορούν να χωριστούν χονδρικά σε τρεις κατηγορίες: σύνθετοι περοβσκίτες οξειδίων μετάλλων, οργανικοί υβριδικοί περοβσκίτες και ανόργανοι αλογονωμένοι περοβσκίτες». Ο Luo Jingshan, καθηγητής στη Σχολή Ηλεκτρονικών Πληροφοριών και Οπτικής Μηχανικής του Πανεπιστημίου Nankai, εισήγαγε ότι οι τιτανίτες ασβεστίου που χρησιμοποιούνται τώρα στα φωτοβολταϊκά είναι συνήθως οι δύο τελευταίοι.
Ο περοβσκίτης μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλούς τομείς όπως επίγειους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, αεροδιαστημική, κατασκευές και φορητές συσκευές παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Μεταξύ αυτών, το φωτοβολταϊκό πεδίο είναι η κύρια περιοχή εφαρμογής του περοβσκίτη. Οι κατασκευές τιτανίτη ασβεστίου είναι ιδιαίτερα σχεδιασμένες και έχουν πολύ καλές φωτοβολταϊκές επιδόσεις, κάτι που αποτελεί δημοφιλή ερευνητική κατεύθυνση στον τομέα των φωτοβολταϊκών τα τελευταία χρόνια.
Η εκβιομηχάνιση του περοβσκίτη επιταχύνεται και οι εγχώριες επιχειρήσεις ανταγωνίζονται για τη διάταξη. Αναφέρεται ότι τα πρώτα 5.000 τεμάχια δομοστοιχείων μεταλλεύματος ασβεστίου τιτανίου αποστέλλονται από τη Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd. Η Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. επιταχύνει επίσης την κατασκευή της μεγαλύτερης πιλοτικής γραμμής πλήρους ισχύος 150 MW στον κόσμο με πλαστικοποιημένο μεταλλεύμα ασβεστίου τιτανίου. Η γραμμή παραγωγής φωτοβολταϊκών μονάδων μεταλλεύματος ασβεστίου-τιτανίου 150 MW Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. ολοκληρώθηκε και τέθηκε σε λειτουργία τον Δεκέμβριο του 2022 και η ετήσια αξία παραγωγής μπορεί να φτάσει τα 300 εκατομμύρια γιουάν μετά την παραγωγή.
Το μετάλλευμα ασβεστίου τιτανίου έχει προφανή πλεονεκτήματα στη βιομηχανία φωτοβολταϊκών
Στη βιομηχανία φωτοβολταϊκών, ο περοβσκίτης έχει μεγάλη ζήτηση τα τελευταία χρόνια. Ο λόγος για τον οποίο έχει αναδειχθεί ως το «αγαπημένο» στον τομέα των ηλιακών κυψελών οφείλεται στις δικές του μοναδικές συνθήκες.
«Πρώτον, ο περοβσκίτης έχει πολλές εξαιρετικές οπτοηλεκτρονικές ιδιότητες, όπως ρυθμιζόμενο διάκενο ζώνης, υψηλός συντελεστής απορρόφησης, χαμηλή ενέργεια δέσμευσης εξιτονίων, υψηλή κινητικότητα φορέα, υψηλή ανοχή ελαττωμάτων κ.λπ. Δεύτερον, η διαδικασία παρασκευής του περοβσκίτη είναι απλή και μπορεί να επιτύχει ημιδιαφάνεια, εξαιρετικά ελαφρότητα, εξαιρετικά λεπτότητα, ευελιξία κ.λπ. Τέλος, οι πρώτες ύλες περοβσκίτη είναι ευρέως διαθέσιμες και άφθονες. Ο Luo Jingshan παρουσίασε. Και η παρασκευή περοβσκίτη απαιτεί επίσης σχετικά χαμηλή καθαρότητα πρώτων υλών.
Επί του παρόντος, το φωτοβολταϊκό πεδίο χρησιμοποιεί μεγάλο αριθμό ηλιακών κυψελών με βάση το πυρίτιο, τα οποία μπορούν να χωριστούν σε μονοκρυσταλλικό πυρίτιο, πολυκρυσταλλικό πυρίτιο και ηλιακά κύτταρα άμορφου πυριτίου. Ο θεωρητικός πόλος φωτοηλεκτρικής μετατροπής των κυψελών κρυσταλλικού πυριτίου είναι 29,4% και το τρέχον εργαστηριακό περιβάλλον μπορεί να φτάσει το 26,7% κατ' ανώτατο όριο, το οποίο είναι πολύ κοντά στο ανώτατο όριο μετατροπής. Είναι προβλέψιμο ότι το οριακό κέρδος της τεχνολογικής βελτίωσης θα γίνεται επίσης όλο και μικρότερο. Αντίθετα, η απόδοση φωτοβολταϊκής μετατροπής των κυψελών περοβσκίτη έχει υψηλότερη θεωρητική τιμή πόλων 33%, και εάν δύο κυψέλες περοβσκίτη στοιβάζονται πάνω-κάτω μαζί, η θεωρητική απόδοση μετατροπής μπορεί να φτάσει 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 λεπτής μεμβράνης δεν μπορεί να μειωθεί είναι ότι τα αποθέματα καδμίου και γαλλίου, που είναι σπάνια στοιχεία στη γη, είναι πολύ μικρά, και ως εκ τούτου, όσο πιο ανεπτυγμένη είναι η βιομηχανία είναι, όσο μεγαλύτερη είναι η ζήτηση, τόσο υψηλότερο είναι το κόστος παραγωγής, και ποτέ δεν μπόρεσε να γίνει κύριο προϊόν. Οι πρώτες ύλες του περοβσκίτη διανέμονται σε μεγάλες ποσότητες στη γη, και η τιμή είναι επίσης πολύ φθηνή.
Επιπλέον, το πάχος της επικάλυψης μεταλλεύματος ασβεστίου-τιτανίου για μπαταρίες μεταλλεύματος ασβεστίου-τιτανίου είναι μόνο μερικές εκατοντάδες νανόμετρα, περίπου το 1/500ο αυτού των πλακών πυριτίου, πράγμα που σημαίνει ότι η ζήτηση για το υλικό είναι πολύ μικρή. Για παράδειγμα, η τρέχουσα παγκόσμια ζήτηση για υλικό πυριτίου για κυψέλες κρυσταλλικού πυριτίου είναι περίπου 500.000 τόνοι ετησίως και εάν αντικατασταθούν όλα με κυψέλες περοβσκίτη, θα χρειαστούν μόνο περίπου 1.000 τόνοι περοβσκίτη.
Όσον αφορά το κόστος κατασκευής, οι κυψέλες κρυσταλλικού πυριτίου απαιτούν καθαρισμό πυριτίου στο 99,9999%, επομένως το πυρίτιο πρέπει να θερμανθεί στους 1400 βαθμούς Κελσίου, να λιώσει σε υγρό, να τραβήξει σε στρογγυλές ράβδους και φέτες και στη συνέχεια να συναρμολογηθεί σε κύτταρα, με τουλάχιστον τέσσερα εργοστάσια και δύο έως τρεις ημέρες ενδιάμεσα, και μεγαλύτερη κατανάλωση ενέργειας. Αντίθετα, για την παραγωγή κυψελών περοβσκίτη, απαιτείται μόνο η εφαρμογή του υγρού βάσης περοβσκίτη στο υπόστρωμα και στη συνέχεια η αναμονή για κρυστάλλωση. Η όλη διαδικασία περιλαμβάνει μόνο γυαλί, αυτοκόλλητο φιλμ, περοβσκίτη και χημικά υλικά και μπορεί να ολοκληρωθεί σε ένα εργοστάσιο και η όλη διαδικασία διαρκεί μόνο περίπου 45 λεπτά.
«Οι ηλιακές κυψέλες που παρασκευάζονται από περοβσκίτη έχουν εξαιρετική απόδοση φωτοηλεκτρικής μετατροπής, η οποία έχει φτάσει στο 25,7% σε αυτό το στάδιο, και μπορεί να αντικαταστήσουν τα παραδοσιακά ηλιακά κύτταρα με βάση το πυρίτιο στο μέλλον για να γίνουν το εμπορικό ρεύμα». είπε ο Luo Jingshan.
Υπάρχουν τρία μεγάλα προβλήματα που πρέπει να επιλυθούν για την προώθηση της εκβιομηχάνισης
Προχωρώντας στη βιομηχανοποίηση του χαλκοκίτη, οι άνθρωποι πρέπει ακόμα να λύσουν 3 προβλήματα, συγκεκριμένα τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα του χαλκοκίτη, την προετοιμασία μεγάλης έκτασης και την τοξικότητα του μολύβδου.
Πρώτον, ο περοβσκίτης 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 απόδοσης των κυττάρων. Επί του παρόντος, οι περισσότερες εργαστηριακές μονάδες περοβσκίτη δεν πληρούν το διεθνές πρότυπο IEC 61215 για τα φωτοβολταϊκά προϊόντα, ούτε φθάνουν τη διάρκεια ζωής των ηλιακών κυψελών πυριτίου τα 10-20 χρόνια, επομένως το κόστος του περοβσκίτη εξακολουθεί να μην είναι συμφέρουσα στον παραδοσιακό φωτοβολταϊκό τομέα. Επιπλέον, ο μηχανισμός αποδόμησης του περοβσκίτη και των συσκευών του είναι πολύ περίπλοκος και δεν υπάρχει πολύ σαφής κατανόηση της διαδικασίας στο πεδίο, ούτε ένα ενιαίο ποσοτικό πρότυπο, το οποίο είναι επιζήμιο για την έρευνα σταθερότητας.
Ένα άλλο σημαντικό ζήτημα είναι ο τρόπος προετοιμασίας τους σε μεγάλη κλίμακα. Επί του παρόντος, όταν πραγματοποιούνται μελέτες βελτιστοποίησης συσκευών στο εργαστήριο, η αποτελεσματική περιοχή φωτός των συσκευών που χρησιμοποιούνται είναι συνήθως μικρότερη από 1 cm2 και όταν πρόκειται για το στάδιο εμπορικής εφαρμογής εξαρτημάτων μεγάλης κλίμακας, οι μέθοδοι εργαστηριακής προετοιμασίας πρέπει να βελτιωθούν. ή αντικαταστάθηκε. Οι κύριες μέθοδοι που ισχύουν σήμερα για την παρασκευή μεμβρανών περοβσκίτη μεγάλης επιφάνειας είναι η μέθοδος διαλύματος και η μέθοδος εξάτμισης υπό κενό. Στη μέθοδο διαλύματος, η συγκέντρωση και η αναλογία του προδρόμου διαλύματος, ο τύπος του διαλύτη και ο χρόνος αποθήκευσης έχουν μεγάλη επίδραση στην ποιότητα των μεμβρανών περοβσκίτη. Η μέθοδος εξάτμισης υπό κενό προετοιμάζει καλής ποιότητας και ελεγχόμενη απόθεση μεμβρανών περοβσκίτη, αλλά είναι και πάλι δύσκολο να επιτευχθεί καλή επαφή μεταξύ πρόδρομων ουσιών και υποστρωμάτων. Επιπλέον, επειδή το στρώμα μεταφοράς φορτίου της συσκευής περοβσκίτη πρέπει επίσης να προετοιμαστεί σε μεγάλη περιοχή, πρέπει να δημιουργηθεί μια γραμμή παραγωγής με συνεχή εναπόθεση κάθε στρώσης στη βιομηχανική παραγωγή. Συνολικά, η διαδικασία προετοιμασίας λεπτών μεμβρανών περοβσκίτη μεγάλης επιφάνειας εξακολουθεί να χρειάζεται περαιτέρω βελτιστοποίηση.
Τέλος, η τοξικότητα του μολύβδου είναι επίσης ένα θέμα ανησυχίας. Κατά τη διαδικασία γήρανσης των σημερινών συσκευών περοβσκίτη υψηλής απόδοσης, ο περοβσκίτης θα αποσυντεθεί για να παράγει ελεύθερα ιόντα μολύβδου και μονομερή μολύβδου, 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 τη συσκευασία συσκευών. «Εάν στο μέλλον λυθούν αυτά τα δύο προβλήματα, υπάρχει επίσης μια ώριμη διαδικασία προετοιμασίας, μπορεί επίσης να κάνει συσκευές περοβσκίτη σε ημιδιαφανές γυαλί ή να κάνει στην επιφάνεια των κτιρίων για να επιτύχει την ενσωμάτωση φωτοβολταϊκών κτιρίων ή να μετατραπεί σε εύκαμπτες πτυσσόμενες συσκευές για την αεροδιαστημική και άλλα πεδία, έτσι ώστε ο περοβσκίτης στο διάστημα χωρίς νερό και περιβάλλον οξυγόνου να παίξει τον μέγιστο ρόλο». Ο Luo Jingshan είναι σίγουρος για το μέλλον του περοβσκίτη.
Ώρα δημοσίευσης: Απρ-15-2023