Во фотоволтаичната индустрија, перовскитот е многу баран во последниве години. Причината зошто се појави како „омилена“ во областа на соларните ќелии се должи на нејзините уникатни услови. Калциум титаниумската руда има многу одлични фотоволтаични својства, едноставен процес на подготовка и широк спектар на суровини и обилна содржина. Покрај тоа, перовскитот може да се користи и во копнени електрани, авијација, градежништво, уреди за производство на електрична енергија што се носат и многу други полиња.
На 21 март, Ningde Times поднесе барање за патент за „соларни ќелии со калциум титанит и метод на нејзина подготовка и уред за напојување“. Во последните години, со поддршка на домашните политики и мерки, индустријата за руда на калциум-титаниум, претставена со соларни ќелии од калциум-титаниумска руда, направи голем напредок. Значи, што е перовскит? Како е индустријализацијата на перовскитот? Со какви предизвици се уште се соочуваат? Новинарот на Science and Technology Daily ги интервјуираше релевантните експерти.
Перовскитот не е ниту калциум ниту титаниум.
Таканаречените перовскити не се ниту калциум ниту титаниум, туку генерички термин за класа на „керамички оксиди“ со иста кристална структура, со молекуларна формула ABX3. A се залага за „катјон со голем радиус“, B за „метален катјон“ и X за „халоген анјон“. A се залага за „катјон со голем радиус“, B е „метален катјон“ и X е за „халоген анјон“. Овие три јони можат да покажат многу неверојатни физички својства преку распоредот на различни елементи или со прилагодување на растојанието меѓу нив, вклучувајќи, но не ограничувајќи се на изолација, фероелектрицитет, антиферомагнетизам, џиновски магнетски ефект итн.
„Според елементарниот состав на материјалот, перовскитите можат грубо да се поделат во три категории: сложени метални оксидни перовскити, органски хибридни перовскити и неоргански халогенирани перовскити. Луо Џингшан, професор на Факултетот за електронски информации и оптичко инженерство на Универзитетот Нанкаи, воведе дека калциум титанитите што сега се користат во фотоволтаиците обично се последните два.
перовскитот може да се користи во многу области како што се копнените електрани, воздушната, градежништвото и уредите за производство на електрична енергија што се носат. Меѓу нив, фотоволтаичното поле е главната област на примена на перовскитот. Структурите од калциум титанит се високо дизајнирани и имаат многу добри фотоволтаични перформанси, што е популарна насока за истражување во фотоволтаичното поле во последниве години.
Индустријализацијата на перовскитот се забрзува, а домашните претпријатија се натпреваруваат за изгледот. Известено е дека првите 5.000 парчиња модули за руда на калциум титаниум се испорачани од Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd., исто така, ја забрзува изградбата на најголемата пилот линија со ламинирана руда со целосна калциум титаниум од 150 MW во светот; Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. Линијата за производство на фотоволтаични модули за руда од 150 MW на калциум-титаниум е завршена и пуштена во употреба во декември 2022 година, а вредноста на годишното производство може да достигне 300 милиони јуани по достигнувањето на производството.
Калциум титаниумската руда има очигледни предности во фотоволтаичната индустрија
Во фотоволтаичната индустрија, перовскитот е многу баран во последниве години. Причината зошто се појави како „омилена“ во областа на соларните ќелии се должи на сопствените уникатни услови.
„Прво, перовскитот има бројни одлични оптоелектронски својства, како што се прилагодливиот јаз на опсегот, висок коефициент на апсорпција, мала енергија на врзување на ексцитон, висока мобилност на носачот, висока толеранција на дефекти итн.; второ, процесот на подготовка на перовскитот е едноставен и може да постигне проѕирност, ултра леснотија, ултра тенкост, флексибилност итн. Луо Џингшан го претстави. И подготовката на перовскит бара и релативно ниска чистота на суровините.
Во моментов, PV полето користи голем број соларни ќелии базирани на силикон, кои можат да се поделат на монокристален силициум, поликристален силициум и аморфни силициумски соларни ќелии. Теоретскиот фотоелектричен конверзивен пол на кристалните силиконски ќелии е 29,4%, а моменталната лабораториска средина може да достигне максимум 26,7%, што е многу блиску до плафонот на конверзија; предвидливо е дека и маргиналната добивка од технолошкото подобрување ќе станува се помала и помала. Спротивно на тоа, ефикасноста на фотоволтаичната конверзија на перовскитните ќелии има повисока теоретска пол вредност од 33%, а ако две перовскитни ќелии се наредени нагоре и надолу заедно, теоретската ефикасност на конверзија може да достигне 45%.
Покрај „ефикасноста“, уште еден важен фактор е „трошокот“. На пример, причината зошто цената на првата генерација на батерии со тенок филм не може да се намали е тоа што резервите на кадмиум и галиум, кои се ретки елементи на земјата, се премногу мали, и како резултат на тоа, колку е поразвиена индустријата е, колку е поголема побарувачката, толку е поголема цената на производството и никогаш не можел да стане мејнстрим производ. Суровините на перовскитот се дистрибуираат во големи количини на земјата, а цената е исто така многу евтина.
Дополнително, дебелината на облогата од калциум-титаниумска руда за батериите на руда од калциум-титаниум е само неколку стотини нанометри, околу 1/500-ти од онаа на силиконските наполитанки, што значи дека побарувачката за материјалот е многу мала. На пример, сегашната глобална побарувачка за силициумски материјал за кристални силиконски ќелии е околу 500.000 тони годишно, а доколку сите се заменат со перовскитни ќелии, ќе бидат потребни само околу 1.000 тони перовскит.
Во однос на трошоците за производство, кристалните силиконски ќелии бараат прочистување на силициумот до 99,9999%, така што силиконот мора да се загрее до 1400 степени Целзиусови, да се стопи во течност, да се вовлече во тркалезни шипки и парчиња, а потоа да се состави во ќелии, со најмалку четири фабрики и две до три дена помеѓу, и поголема потрошувачка на енергија. Спротивно на тоа, за производство на перовскитни ќелии, потребно е само да се нанесе течноста од базата на перовскит на подлогата и потоа да се чека за кристализација. Целиот процес вклучува само стакло, леплива фолија, перовскит и хемиски материјали, а може да се заврши во една фабрика, а целиот процес трае само околу 45 минути.
„Соларните ќелии подготвени од перовскит имаат одлична ефикасност на фотоелектричната конверзија, која достигна 25,7% во оваа фаза и може да ги заменат традиционалните соларни ќелии базирани на силикон во иднина за да станат комерцијални мејнстрим“. - изјави Луо Џингшан.
Постојат три главни проблеми кои треба да се решат за да се промовира индустријализацијата
Во унапредувањето на индустријализацијата на халкоцитот, луѓето сè уште треба да решат 3 проблеми, имено долгорочната стабилност на халкоцитот, подготовката на големи површини и токсичноста на оловото.
Прво, перовскитот е многу чувствителен на околината, а факторите како што се температурата, влажноста, светлината и оптоварувањето на колото може да доведат до распаѓање на перовскитот и намалување на ефикасноста на ќелијата. Во моментов, повеќето лабораториски перовскитни модули не го исполнуваат меѓународниот стандард IEC 61215 за фотоволтаични производи, ниту пак го достигнуваат векот на траење од 10-20 години на силиконските соларни ќелии, така што цената на перовскитот сè уште не е поволна во традиционалното фотоволтаично поле. Дополнително, механизмот на деградација на перовскитот и неговите уреди е многу сложен и нема многу јасно разбирање на процесот на терен, ниту пак постои унифициран квантитативен стандард, што е штетно за истражувањето на стабилноста.
Друго големо прашање е како да ги подготвите во голем обем. Во моментов, кога студиите за оптимизација на уредите се вршат во лабораторија, ефективната осветлена површина на уредите што се користат обично е помала од 1 cm2, а кога станува збор за фазата на комерцијална примена на големи компоненти, методите за подготовка на лабораторија треба да се подобрат. или заменет. Главните методи кои моментално се применуваат за подготовка на перовскитни филмови со голема површина се методот на раствор и методот на вакуумско испарување. Во методот на раствор, концентрацијата и односот на растворот прекурсор, видот на растворувачот и времето на складирање имаат големо влијание врз квалитетот на перовскитните филмови. Методот на вакуумско испарување подготвува добар квалитет и контролирано таложење на перовскитни филмови, но повторно е тешко да се постигне добар контакт помеѓу прекурсорите и подлогите. Дополнително, бидејќи слојот за транспорт на полнеж на уредот за перовскит исто така треба да се подготви на голема површина, во индустриското производство треба да се воспостави производна линија со континуирано таложење на секој слој. Севкупно, процесот на подготовка на големи површини на тенки фолии од перовскит сè уште има потреба од дополнителна оптимизација.
Конечно, загрижувачка е и токсичноста на оловото. За време на процесот на стареење на сегашните високоефикасни уреди за перовскит, перовскитот ќе се распадне за да произведе слободни јони на олово и мономери на олово, кои ќе бидат опасни за здравјето откако ќе влезат во човечкото тело.
Луо Џингшан верува дека проблемите како што е стабилноста може да се решат со пакување на уредите. „Доколку во иднина овие два проблема се решат, постои и зрел процес на подготовка, може да се направат и уреди од перовскит во проѕирно стакло или да се направат на површината на зградите за да се постигне фотоволтаична интеграција на зградите или да се направат флексибилни преклопливи уреди за воздушна и вселенска други полиња, така што перовскитот во просторот без вода и кислородна средина да игра максимална улога“. Луо Џингшан е уверен во иднината на перовскитот.
Време на објавување: 15 април 2023 година