Sa industriya ng photovoltaic, ang perovskite ay nasa mainit na pangangailangan sa mga nakaraang taon. Ang dahilan kung bakit ito ay lumitaw bilang ang "paborito" sa larangan ng solar cell ay dahil sa mga natatanging kondisyon nito. Ang calcium titanium ore ay may maraming mahusay na photovoltaic properties, simpleng proseso ng paghahanda, at malawak na hanay ng mga hilaw na materyales at masaganang nilalaman. Bilang karagdagan, ang perovskite ay maaari ding gamitin sa mga ground power plant, aviation, construction, wearable power generation device at marami pang ibang larangan.
Noong Marso 21, nag-apply ang Ningde Times para sa patent ng "calcium titanite solar cell at ang paraan ng paghahanda nito at power device". Sa mga nakalipas na taon, sa suporta ng mga domestic na patakaran at hakbang, ang industriya ng calcium-titanium ore, na kinakatawan ng mga solar cell ng calcium-titanium ore, ay gumawa ng malalaking hakbang. Kaya ano ang perovskite? Paano ang industriyalisasyon ng perovskite? Anong mga hamon ang kinakaharap pa rin? Kinapanayam ng Science and Technology Daily reporter ang mga kaugnay na eksperto.
Ang Perovskite ay hindi calcium o titanium.
Ang tinatawag na perovskite ay hindi calcium o titanium, ngunit isang generic na termino para sa isang klase ng "ceramic oxides" na may parehong kristal na istraktura, na may molecular formula ABX3. Ang A ay nangangahulugang "malaking radius cation", B para sa "metal cation" at X para sa "halogen anion". Ang A ay nangangahulugang "malaking radius cation", ang B ay nangangahulugang "metal cation" at X ay nangangahulugang "halogen anion". Ang tatlong ions na ito ay maaaring magpakita ng maraming kamangha-manghang pisikal na katangian sa pamamagitan ng pag-aayos ng iba't ibang elemento o sa pamamagitan ng pagsasaayos ng distansya sa pagitan ng mga ito, kabilang ngunit hindi limitado sa pagkakabukod, ferroelectricity, antiferromagnetism, higanteng magnetic effect, atbp.
"Ayon sa elemental na komposisyon ng materyal, ang mga perovskites ay maaaring halos nahahati sa tatlong kategorya: kumplikadong metal oxide perovskites, organic hybrid perovskites, at inorganic halogenated perovskites." Si Luo Jingshan, isang propesor sa Nankai University's School of Electronic Information and Optical Engineering, ay nagpakilala na ang mga calcium titanites na ginagamit ngayon sa photovoltaics ay karaniwang ang huling dalawa.
Maaaring gamitin ang perovskite sa maraming larangan tulad ng mga terrestrial power plant, aerospace, construction, at mga naisusuot na power generation device. Kabilang sa mga ito, ang photovoltaic field ay ang pangunahing lugar ng aplikasyon ng perovskite. Ang mga istruktura ng kaltsyum titanite ay lubos na maidisenyo at may napakahusay na pagganap ng photovoltaic, na isang sikat na direksyon ng pananaliksik sa larangan ng photovoltaic sa mga nakaraang taon.
Ang industriyalisasyon ng perovskite ay bumibilis, at ang mga domestic na negosyo ay nakikipagkumpitensya para sa layout. Iniulat na ang unang 5,000 piraso ng calcium titanium ore modules na ipinadala mula sa Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd; Pinapabilis din ng Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. ang pagtatayo ng pinakamalaking 150 MW full calcium titanium ore laminated pilot line sa mundo; Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MW calcium-titanium ore photovoltaic module production line ay nakumpleto at inilagay sa operasyon noong Disyembre 2022, at ang taunang halaga ng output ay maaaring umabot sa 300 milyong yuan pagkatapos maabot ang produksyon.
Ang kaltsyum titanium ore ay may malinaw na mga pakinabang sa industriya ng photovoltaic
Sa industriya ng photovoltaic, ang perovskite ay nasa mainit na pangangailangan sa mga nakaraang taon. Ang dahilan kung bakit ito ay lumitaw bilang ang "paborito" sa larangan ng solar cell ay dahil sa sarili nitong natatanging mga kondisyon.
"Una, ang perovskite ay may maraming mahusay na optoelectronic na katangian, tulad ng adjustable band gap, mataas na absorption coefficient, mababang exciton binding energy, mataas na carrier mobility, high defect tolerance, atbp.; pangalawa, ang proseso ng paghahanda ng perovskite ay simple at maaaring makamit ang translucency, ultra-lightness, ultra-thinness, flexibility, atbp. Sa wakas, ang perovskite raw na materyales ay malawak na magagamit at sagana." Nagpakilala si Luo Jingshan. At ang paghahanda ng perovskite ay nangangailangan din ng medyo mababang kadalisayan ng mga hilaw na materyales.
Sa kasalukuyan, ang field ng PV ay gumagamit ng malaking bilang ng mga solar cell na nakabatay sa silicon, na maaaring nahahati sa monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, at amorphous silicon solar cells. Ang theoretical photoelectric conversion pole ng crystalline silicon cells ay 29.4%, at ang kasalukuyang laboratoryo na kapaligiran ay maaaring umabot sa maximum na 26.7%, na napakalapit sa kisame ng conversion; ito ay nakikinita na ang marginal na pakinabang ng teknolohikal na pagpapabuti ay magiging mas maliit at mas maliit. Sa kaibahan, ang photovoltaic conversion efficiency ng perovskite cells ay may mas mataas na theoretical pole value na 33%, at kung ang dalawang perovskite cell ay nakasalansan pataas at pababa, ang theoretical conversion na kahusayan ay maaaring umabot sa 45%.
Bilang karagdagan sa "kahusayan", isa pang mahalagang kadahilanan ay "gastos". Halimbawa, ang dahilan kung bakit hindi bumababa ang halaga ng unang henerasyon ng mga baterya ng manipis na pelikula ay ang mga reserba ng cadmium at gallium, na mga bihirang elemento sa lupa, ay napakaliit, at bilang isang resulta, mas maunlad ang industriya. ay, mas malaki ang demand, mas mataas ang gastos sa produksyon, at hindi pa ito naging pangunahing produkto. Ang mga hilaw na materyales ng perovskite ay ipinamamahagi sa maraming dami sa lupa, at ang presyo ay napakamura din.
Bilang karagdagan, ang kapal ng calcium-titanium ore coating para sa calcium-titanium ore na mga baterya ay ilang daang nanometer lamang, humigit-kumulang 1/500th ng silicon wafer, na nangangahulugan na ang pangangailangan para sa materyal ay napakaliit. Halimbawa, ang kasalukuyang pandaigdigang pangangailangan para sa materyal na silikon para sa mga kristal na silikon na selula ay humigit-kumulang 500,000 tonelada bawat taon, at kung ang lahat ng mga ito ay papalitan ng mga perovskite cell, mga 1,000 tonelada lamang ng perovskite ang kakailanganin.
Sa mga tuntunin ng mga gastos sa pagmamanupaktura, ang mga kristal na silikon na selula ay nangangailangan ng pagdalisay ng silikon sa 99.9999%, kaya ang silikon ay dapat na pinainit sa 1400 degrees Celsius, natutunaw sa likido, iginuhit sa mga bilog na baras at hiwa, at pagkatapos ay tipunin sa mga selula, na may hindi bababa sa apat na pabrika at dalawa. hanggang tatlong araw sa pagitan, at mas malaking pagkonsumo ng enerhiya. Sa kaibahan, para sa paggawa ng mga perovskite cell, kinakailangan lamang na ilapat ang perovskite base liquid sa substrate at pagkatapos ay maghintay para sa pagkikristal. Ang buong proseso ay nagsasangkot lamang ng salamin, adhesive film, perovskite at mga kemikal na materyales, at maaaring kumpletuhin sa isang pabrika, at ang buong proseso ay tumatagal lamang ng mga 45 minuto.
"Ang mga solar cell na inihanda mula sa perovskite ay may mahusay na photoelectric conversion na kahusayan, na umabot sa 25.7% sa yugtong ito, at maaaring palitan ang tradisyonal na mga solar cell na nakabatay sa silikon sa hinaharap upang maging komersyal na mainstream." Sabi ni Luo Jingshan.
Mayroong tatlong pangunahing problema na kailangang lutasin upang maisulong ang industriyalisasyon
Sa pagsulong ng industriyalisasyon ng chalcosite, kailangan pa rin ng mga tao na lutasin ang 3 problema, ito ay ang pangmatagalang katatagan ng chalcosite, paghahanda sa malaking lugar at ang toxicity ng lead.
Una, ang perovskite ay napaka-sensitibo sa kapaligiran, at ang mga kadahilanan tulad ng temperatura, halumigmig, liwanag, at pag-load ng circuit ay maaaring humantong sa pagkabulok ng perovskite at pagbawas ng kahusayan ng cell. Sa kasalukuyan ang karamihan sa mga module ng perovskite ng laboratoryo ay hindi nakakatugon sa internasyonal na pamantayan ng IEC 61215 para sa mga produktong photovoltaic, at hindi rin umabot sa 10-20 taong buhay ng mga solar cell ng silikon, kaya ang halaga ng perovskite ay hindi pa rin kapaki-pakinabang sa tradisyonal na larangan ng photovoltaic. Bilang karagdagan, ang mekanismo ng pagkasira ng perovskite at mga aparato nito ay napaka-kumplikado, at walang napakalinaw na pag-unawa sa proseso sa larangan, at walang pinag-isang pamantayang dami, na nakakapinsala sa pananaliksik sa katatagan.
Ang isa pang pangunahing isyu ay kung paano ihanda ang mga ito sa malaking sukat. Sa kasalukuyan, kapag ang mga pag-aaral sa pag-optimize ng device ay isinagawa sa laboratoryo, ang epektibong lugar ng liwanag ng mga device na ginagamit ay karaniwang mas mababa sa 1 cm2, at pagdating sa komersyal na yugto ng aplikasyon ng mga malalaking bahagi, ang mga pamamaraan ng paghahanda sa laboratoryo ay kailangang pagbutihin. o pinalitan. Ang mga pangunahing pamamaraan na kasalukuyang naaangkop sa paghahanda ng malalaking lugar na perovskite film ay ang paraan ng solusyon at ang paraan ng pagsingaw ng vacuum. Sa paraan ng solusyon, ang konsentrasyon at ratio ng precursor solution, ang uri ng solvent, at ang oras ng imbakan ay may malaking epekto sa kalidad ng perovskite films. Ang paraan ng pagsingaw ng vacuum ay naghahanda ng mahusay na kalidad at nakokontrol na pagtitiwalag ng mga perovskite film, ngunit muli itong mahirap na makamit ang mahusay na pakikipag-ugnay sa pagitan ng mga precursor at substrate. Bilang karagdagan, dahil kailangan ding ihanda ang charge transport layer ng perovskite device sa isang malaking lugar, isang linya ng produksyon na may tuluy-tuloy na pag-deposito ng bawat layer ay kailangang maitatag sa pang-industriyang produksyon. Sa pangkalahatan, ang proseso ng malaking lugar na paghahanda ng perovskite thin films ay nangangailangan pa rin ng karagdagang pag-optimize.
Sa wakas, ang toxicity ng lead ay isa ring isyu ng pag-aalala. Sa panahon ng proseso ng pagtanda ng kasalukuyang mga high-efficiency na perovskite device, ang perovskite ay mabubulok upang makagawa ng mga libreng lead ions at lead monomer, na magiging mapanganib sa kalusugan kapag nakapasok na sila sa katawan ng tao.
Naniniwala si Luo Jingshan na ang mga problema tulad ng katatagan ay malulutas sa pamamagitan ng packaging ng device. "Kung sa hinaharap, ang dalawang problemang ito ay malulutas, mayroon ding mature na proseso ng paghahanda, maaari ring gawing translucent glass ang mga perovskite device o gawin sa ibabaw ng mga gusali upang makamit ang photovoltaic building integration, o gawing flexible foldable device para sa aerospace at iba pang mga patlang, upang ang perovskite sa kalawakan na walang tubig at oxygen na kapaligiran ay gumaganap ng isang maximum na papel." Tiwala si Luo Jingshan tungkol sa kinabukasan ng perovskite.
Oras ng post: Abr-15-2023