Na industria fotovoltaica, o perovskite estivo en demanda quente nos últimos anos. A razón pola que xurdiu como o "favorito" no campo das células solares débese ás súas condicións únicas. O mineral de titanio de calcio ten moitas excelentes propiedades fotovoltaicas, proceso de preparación sinxelo e unha ampla gama de materias primas e contido abundante. Ademais, a perovskite tamén se pode usar en centrais eléctricas, aviación, construción, dispositivos de xeración de enerxía e moitos outros campos.
O 21 de marzo, Ningde Times solicitou a patente da "célula solar de titanita de calcio e o seu método de preparación e dispositivo de alimentación". Nos últimos anos, co apoio de políticas e medidas domésticas, a industria do mineral de calcio-titanio, representada por células solares de mineral de calcio-titanio, deu grandes avances. Entón, que é o perovskite? Como é a industrialización de perovskite? Que retos seguen enfrentando? Science and Technology Daily Reporter entrevistou aos expertos relevantes.
A perovskita non é nin calcio nin titanio.
Os chamados perovskites non son nin calcio nin titanio, senón un termo xenérico para unha clase de "óxidos cerámicos" coa mesma estrutura de cristal, coa fórmula molecular ABX3. A significa "gran catión de radio", b para "catión metálico" e x para "anión halóxeno". A significa "Cation de gran radio", b significa "catión metálico" e X significa "anión halóxeno". Estes tres ións poden amosar moitas propiedades físicas sorprendentes mediante a disposición de diferentes elementos ou axustando a distancia entre eles, incluíndo pero non limitado ao illamento, á ferroelectricidade, ao antiferromagnetismo, ao efecto magnético xigante, etc.
"Segundo a composición elemental do material, os perovskites pódense dividir en tres categorías: perovskites complexos de óxido metálico, perovskites híbridos orgánicos e perovskites halogenados inorgánicos." Luo Jingshan, profesor da Escola de Información Electrónica e Enxeñaría Electrónica da Universidade de Nankai, introduciu que os titanitas de calcio agora usados en fotovoltaica adoitan ser os dous últimos.
O perovskite pódese usar en moitos campos como centrais eléctricas terrestres, dispositivos aeroespaciais, construción e xeración de enerxía. Entre eles, o campo fotovoltaico está a principal área de aplicación de perovskita. As estruturas de titanita de calcio son altamente designables e teñen un bo rendemento fotovoltaico moi bo, que é unha dirección popular de investigación no campo fotovoltaico nos últimos anos.
A industrialización de perovskite está a acelerar e as empresas domésticas compiten polo esquema. Infórmase que as primeiras 5.000 pezas de módulos de mineral de titanio de calcio enviados a partir de Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. tamén está a acelerar a construción da maior liña piloto laminada de mineral de titanio de calcio de 150 MW do mundo; Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MW A liña de produción de módulos fotovoltaicos de mineral de calcio-titanio completouse e puxo en funcionamento en decembro de 2022, e o valor anual de saída pode chegar a 300 millóns de yuan despois de alcanzar a produción.
O mineral de titanio de calcio ten vantaxes evidentes na industria fotovoltaica
Na industria fotovoltaica, o perovskite estivo en demanda quente nos últimos anos. A razón pola que xurdiu como o "favorito" no campo das células solares débese ás súas propias condicións únicas.
"En primeiro lugar, o perovskite ten numerosas excelentes propiedades optoelectrónicas, como a brecha de banda axustable, o alto coeficiente de absorción, a baixa enerxía de unión de excitón, a alta mobilidade portadora, alta tolerancia de defectos, etc.; En segundo lugar, o proceso de preparación de perovskita é sinxelo e pode conseguir translucencia, ultra-luz, ultrainidade, flexibilidade, etc. Finalmente, as materias primas perovskitas están amplamente dispoñibles e abundantes. " Presentouse Luo Jingshan. E a preparación de perovskita tamén require unha pureza relativamente baixa de materias primas.
Na actualidade, o campo PV usa un gran número de células solares a base de silicio, que se poden dividir en silicio monocristalino, silicio policristalino e células solares de silicio amorfo. O polo teórico fotoeléctrico de conversión de células de silicio cristalino é do 29,4%e o ambiente de laboratorio actual pode alcanzar un máximo do 26,7%, que está moi preto do teito da conversión; É previsible que a ganancia marxinal da mellora tecnolóxica tamén sexa cada vez máis pequena. En contraste, a eficiencia de conversión fotovoltaica das células de perovskita ten un maior valor teórico do 33%, e se dúas células perovskitas están amontoadas cara arriba e abaixo, a eficiencia teórica de conversión pode alcanzar o 45%.
Ademais da "eficiencia", outro factor importante é o "custo". Por exemplo, a razón pola que o custo da primeira xeración de baterías de película fina non pode descender é que as reservas de cadmio e galio, que son elementos raros na terra, son demasiado pequenas e, como resultado, canto máis desenvolvido a industria é, canto maior sexa a demanda, maior será o custo de produción e nunca foi capaz de converterse nun produto principal. As materias primas de perovskite distribúense en grandes cantidades na terra, e o prezo tamén é moi barato.
Ademais, o grosor do revestimento de mineral de calcio-titanio para as baterías de mineral de calcio-titanio é só algúns centos de nanómetros, aproximadamente 1/500 da das obleas de silicio, o que significa que a demanda do material é moi pequena. Por exemplo, a demanda global actual de material de silicio para células de silicio cristalino é de aproximadamente 500.000 toneladas ao ano, e se todas elas son substituídas por células de perovskita, só serán necesarias aproximadamente 1.000 toneladas de perovskita.
En termos de custos de fabricación, as células de silicio cristalino requiren purificación de silicio ata o 99.9999%, polo que o silicio debe ser quentado a 1400 graos centígrados, derretido en líquido, debuxado en varillas redondas e franxas e logo ensambladas en células, con polo menos catro fábricas e dúas e dúas a tres días polo medio e un maior consumo de enerxía. En contraste, para a produción de células de perovskita, só é necesario aplicar o líquido base de perovskita ao substrato e logo esperar a cristalización. Todo o proceso só inclúe vidro, película adhesiva, perovskita e materiais químicos, e pódese completar nunha fábrica e todo o proceso só leva uns 45 minutos.
"As células solares preparadas a partir de perovskite teñen unha excelente eficiencia de conversión fotoeléctrica, que alcanzou o 25,7% nesta fase, e pode substituír no futuro as células solares tradicionais baseadas en silicio para converterse no mainstream comercial." Dixo Luo Jingshan.
Hai tres grandes problemas que hai que resolver para promover a industrialización
Ao avanzar na industrialización da calcocita, a xente aínda ten que resolver 3 problemas, é dicir, a estabilidade a longo prazo da calcocita, a preparación de grandes superficies e a toxicidade do chumbo.
En primeiro lugar, o perovskita é moi sensible ao ambiente e factores como a temperatura, a humidade, a luz e a carga de circuítos poden levar á descomposición de perovskita e á redución da eficiencia celular. Na actualidade a maioría dos módulos de perovskita de laboratorio non cumpren o estándar internacional IEC 61215 para produtos fotovoltaicos, nin alcanzan os 10-20 anos de vida das células solares de silicio, polo que o custo da perovskita aínda non é vantaxoso no campo fotovoltaico tradicional. Ademais, o mecanismo de degradación de perovskita e os seus dispositivos é moi complexo, e non hai unha comprensión moi clara do proceso no campo, nin hai un estándar cuantitativo unificado, que prexudica a investigación de estabilidade.
Outro dos principais problemas é como preparalos a gran escala. Actualmente, cando os estudos de optimización de dispositivos se realizan no laboratorio, a área de luz efectiva dos dispositivos empregados adoita ser inferior a 1 cm2, e cando se trata da fase de aplicación comercial de compoñentes a gran escala, os métodos de preparación de laboratorio deben mellorarse ou substituído. Os principais métodos aplicables á preparación de películas de perovskita de gran área son o método de solución e o método de evaporación do baleiro. No método de solución, a concentración e relación da solución precursora, o tipo de disolvente e o tempo de almacenamento teñen un gran impacto na calidade das películas de perovskita. O método de evaporación do baleiro prepara unha boa calidade e unha deposición controlable de películas de perovskita, pero de novo é difícil conseguir un bo contacto entre precursores e substratos. Ademais, debido a que a capa de transporte de carga do dispositivo perovskita tamén debe prepararse nunha gran área, hai que establecer unha liña de produción con deposición continua de cada capa na produción industrial. En xeral, o proceso de preparación da gran área de películas finas de perovskita aínda necesita unha maior optimización.
Finalmente, a toxicidade do chumbo tamén é un problema de preocupación. Durante o proceso de envellecemento dos dispositivos de perovskita de alta eficiencia, o perovskite descompoñerase para producir ións de chumbo e monómeros de chumbo gratuítos, que serán perigosos para a saúde unha vez que entran no corpo humano.
Luo Jingshan cre que os problemas como a estabilidade poden resolverse mediante envases de dispositivos. "Se no futuro, estes dous problemas están resoltos, tamén hai un proceso de preparación madura, tamén pode facer que os dispositivos de perovskita en vidro translúcido ou fagan na superficie dos edificios para lograr a integración de edificios fotovoltaicos ou feitos en dispositivos plegables flexibles para aeroespacial e Outros campos, de xeito que o perovskita no espazo sen auga e ambiente de osíxeno xoga un papel máximo. " Luo Jingshan confía no futuro de perovskite.
Tempo post: 15 de abril-2023