Ve fotovoltaickém průmyslu je perovskit v posledních letech velmi žádaný.Důvodem, proč se stal „oblíbeným“ v oblasti solárních článků, jsou jeho jedinečné podmínky.Vápno titanová ruda má mnoho vynikajících fotovoltaických vlastností, jednoduchý proces přípravy a širokou škálu surovin a bohatý obsah.Kromě toho lze perovskit použít také v pozemních elektrárnách, letectví, stavebnictví, nositelných zařízeních na výrobu energie a mnoha dalších oborech.
Dne 21. března požádaly Ningde Times o patent na „kalcium titanitový solární článek a způsob jeho přípravy a energetické zařízení“.V posledních letech s podporou domácích politik a opatření udělalo odvětví kalcium-titanové rudy, reprezentované solárními články s vápenato-titanovou rudou, velké pokroky.Co je tedy perovskit?Jak probíhá industrializace perovskitu?Jakým výzvám stále čelí?Reportér Science and Technology Daily vyzpovídal příslušné odborníky.
Perovskit není vápník ani titan.
Takzvané perovskity nejsou ani vápník, ani titan, ale obecný termín pro třídu „keramických oxidů“ se stejnou krystalovou strukturou s molekulárním vzorcem ABX3.A znamená „kationt s velkým poloměrem“, B znamená „kationt kovu“ a X znamená „halogenový aniont“.A znamená „kationt s velkým poloměrem“, B znamená „kovový kationt“ a X znamená „halogenový aniont“.Tyto tři ionty mohou vykazovat mnoho úžasných fyzikálních vlastností prostřednictvím uspořádání různých prvků nebo úpravou vzdálenosti mezi nimi, včetně, ale bez omezení na ně, izolace, feroelektřiny, antiferomagnetismu, obřího magnetického efektu atd.
"Podle elementárního složení materiálu lze perovskity zhruba rozdělit do tří kategorií: perovskity z komplexních oxidů kovů, organické hybridní perovskity a anorganické halogenované perovskity."Luo Jingshan, profesor na Fakultě elektronických informací a optického inženýrství Nankai University, představil, že titanity vápníku, které se nyní používají ve fotovoltaice, jsou obvykle poslední dva.
perovskit lze použít v mnoha oblastech, jako jsou pozemní elektrárny, letectví, stavebnictví a nositelná zařízení na výrobu energie.Mezi nimi je fotovoltaické pole hlavní aplikační oblastí perovskitu.Struktury z titanitu vápenatého jsou vysoce designovatelné a mají velmi dobrý fotovoltaický výkon, což je v posledních letech populární směr výzkumu ve fotovoltaické oblasti.
Industrializace perovskitu se zrychluje a domácí podniky soutěží o uspořádání.Uvádí se, že prvních 5 000 kusů modulů vápenato-titanové rudy odeslaných z Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd;Společnost Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. také urychluje výstavbu největší světové 150 MW pilotní linky laminované plně kalcium-titanovou rudou;Společnost Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. Výrobní linka na výrobu fotovoltaických modulů s vápenato-titanovou rudou o výkonu 150 MW byla dokončena a uvedena do provozu v prosinci 2022 a hodnota roční produkce může po dosažení výroby dosáhnout 300 milionů juanů.
Vápno titanová ruda má zjevné výhody ve fotovoltaickém průmyslu
Ve fotovoltaickém průmyslu je perovskit v posledních letech velmi žádaný.Důvodem, proč se stal „oblíbeným“ v oblasti solárních článků, jsou jeho vlastní jedinečné podmínky.
„Za prvé, perovskit má četné vynikající optoelektronické vlastnosti, jako je nastavitelná mezera v pásmu, vysoký koeficient absorpce, nízká vazebná energie excitonu, vysoká mobilita nosiče, vysoká tolerance defektů atd.;za druhé, proces přípravy perovskitu je jednoduchý a může dosáhnout průsvitnosti, ultralehkosti, ultratenkosti, pružnosti atd. A konečně, suroviny na perovskit jsou široce dostupné a hojné.“Luo Jingshan představil.A příprava perovskitu také vyžaduje relativně nízkou čistotu surovin.
V současné době se ve FV poli využívá velké množství solárních článků na bázi křemíku, které lze rozdělit na monokrystalický křemík, polykrystalický křemík a solární články z amorfního křemíku.Teoretický fotoelektrický konverzní pól krystalických křemíkových článků je 29,4 % a současné laboratorní prostředí může dosáhnout maximálně 26,7 %, což je velmi blízko stropu konverze;lze předvídat, že marginální přínos technologického zlepšení bude také stále menší.Naproti tomu účinnost fotovoltaické konverze perovskitových článků má vyšší teoretickou hodnotu pólu 33 %, a pokud jsou dva perovskitové články naskládány nahoru a dolů dohromady, může teoretická účinnost konverze dosáhnout 45 %.
Kromě „efektivity“ je dalším důležitým faktorem „náklady“.Například důvodem, proč nemohou klesnout náklady na první generaci tenkovrstvých baterií, je to, že zásoby kadmia a galia, což jsou vzácné prvky na Zemi, jsou příliš malé, a v důsledku toho tím rozvinutější průmysl platí, že čím větší je poptávka, tím vyšší jsou výrobní náklady a nikdy se nemohl stát běžným produktem.Suroviny perovskitu jsou distribuovány ve velkém množství na Zemi a cena je také velmi nízká.
Kromě toho je tloušťka povlaku z vápenato-titanové rudy pro baterie z vápenato-titanové rudy pouze několik stovek nanometrů, asi 1/500 křemíkových plátků, což znamená, že poptávka po materiálu je velmi malá.Například současná celosvětová poptávka po křemíkovém materiálu pro krystalické křemíkové články je asi 500 000 tun ročně, a pokud budou všechny nahrazeny perovskitovými články, bude potřeba jen asi 1 000 tun perovskitu.
Co se týče výrobních nákladů, krystalické křemíkové články vyžadují čištění křemíku na 99,9999 %, takže křemík se musí zahřát na 1400 stupňů Celsia, roztavit na kapalinu, natáhnout do kulatých tyčinek a plátků a poté smontovat do článků, s alespoň čtyřmi továrnami a dvěma na tři dny mezitím a vyšší spotřebu energie.Naproti tomu pro výrobu perovskitových článků je pouze nutné nanést kapalinu na bázi perovskitu na substrát a poté počkat na krystalizaci.Celý proces zahrnuje pouze sklo, lepicí fólii, perovskit a chemické materiály a může být dokončen v jedné továrně a celý proces trvá jen asi 45 minut.
"Solární články připravené z perovskitu mají vynikající účinnost fotoelektrické přeměny, která v této fázi dosáhla 25,7%, a mohou v budoucnu nahradit tradiční solární články na křemíkové bázi, aby se staly komerčním mainstreamem."řekl Luo Jingshan.
Existují tři hlavní problémy, které je třeba vyřešit, aby se podpořila industrializace
Při postupující industrializaci chalkocitu musí lidé ještě vyřešit 3 problémy, a to dlouhodobou stabilitu chalkocitu, velkoplošnou přípravu a toxicitu olova.
Za prvé, perovskit je velmi citlivý na okolní prostředí a faktory jako teplota, vlhkost, světlo a zatížení obvodu mohou vést k rozkladu perovskitu a snížení účinnosti článku.V současné době většina laboratorních perovskitových modulů nesplňuje mezinárodní normu IEC 61215 pro fotovoltaické produkty ani nedosahuje 10-20 let životnosti křemíkových solárních článků, takže cena perovskitu stále není v tradiční fotovoltaické oblasti výhodná.Kromě toho je mechanismus degradace perovskitu a jeho zařízení velmi složitý a v této oblasti neexistuje příliš jasné pochopení procesu a neexistuje ani jednotný kvantitativní standard, což je škodlivé pro výzkum stability.
Dalším velkým problémem je, jak je připravit ve velkém měřítku.V současné době, kdy se v laboratoři provádějí optimalizační studie zařízení, je efektivní světelná plocha používaných zařízení obvykle menší než 1 cm2, a pokud jde o fázi komerční aplikace komponent ve velkém měřítku, je třeba zlepšit laboratorní metody přípravy nebo vyměněny.Hlavními metodami v současnosti použitelnými pro přípravu velkoplošných perovskitových filmů jsou metoda rozpouštěcí a metoda vakuového napařování.Při metodě roztoku má koncentrace a poměr roztoku prekurzoru, typ rozpouštědla a doba skladování velký vliv na kvalitu perovskitových filmů.Metodou vakuového napařování se připraví kvalitní a řiditelná depozice perovskitových filmů, ale opět je obtížné dosáhnout dobrého kontaktu mezi prekurzory a substráty.Navíc, protože vrstva transportu náboje perovskitového zařízení musí být také připravena na velké ploše, je potřeba v průmyslové výrobě zřídit výrobní linku s kontinuálním nanášením každé vrstvy.Celkově proces velkoplošné přípravy tenkých perovskitových vrstev ještě vyžaduje další optimalizaci.
A konečně, toxicita olova je také problémem.Během procesu stárnutí současných vysoce účinných perovskitových zařízení se perovskit rozloží za vzniku volných iontů olova a monomerů olova, které budou zdraví nebezpečné, jakmile se dostanou do lidského těla.
Luo Jingshan věří, že problémy, jako je stabilita, lze vyřešit balením zařízení.„Pokud se v budoucnu tyto dva problémy vyřeší, existuje také vyzrálý proces přípravy, může také vyrobit perovskitová zařízení do průsvitného skla nebo udělat na povrchu budov, aby se dosáhlo fotovoltaické integrace budov, nebo vyrobit flexibilní skládací zařízení pro letectví a kosmonautiku. další pole, aby perovskit ve vesmíru bez vody a kyslíkového prostředí hrál maximální roli.“Luo Jingshan je přesvědčen o budoucnosti perovskitu.
Čas odeslání: 15. dubna 2023