Na industria fotovoltaica, a perovskita foi moi demandada nos últimos anos.O motivo polo que emerxeu como o "favorito" no campo das células solares débese ás súas condicións únicas.O mineral de calcio e titanio ten moitas excelentes propiedades fotovoltaicas, un proceso de preparación sinxelo e unha ampla gama de materias primas e abundante contido.Ademais, a perovskita tamén se pode usar en centrais eléctricas terrestres, aviación, construción, dispositivos de xeración de enerxía portátiles e moitos outros campos.
O 21 de marzo, Ningde Times solicitou a patente de "célula solar de titanio de calcio e o seu método de preparación e dispositivo de enerxía".Nos últimos anos, co apoio das políticas e medidas domésticas, a industria do mineral de calcio-titanio, representada polas células solares de mineral de calcio-titanio, avanzou moito.Entón, que é a perovskita?Como é a industrialización da perovskita?Que retos aínda se enfrontan?Ciencia e Tecnoloxía reporteiro diario entrevistou os expertos relevantes.
A perovskita non é calcio nin titanio.
As chamadas perovskitas non son nin calcio nin titanio, senón un termo xenérico para unha clase de "óxidos cerámicos" coa mesma estrutura cristalina, coa fórmula molecular ABX3.A significa "catión de gran radio", B para "catión metálico" e X para "anión halóxeno".A significa "catión de gran radio", B significa "catión metálico" e X significa "anión halóxeno".Estes tres ións poden presentar moitas propiedades físicas sorprendentes mediante a disposición de diferentes elementos ou axustando a distancia entre eles, incluíndo, entre outros, o illamento, a ferroelectricidade, o antiferromagnetismo, o efecto magnético xigante, etc.
"Segundo a composición elemental do material, as perovskitas pódense dividir aproximadamente en tres categorías: perovskitas de óxido metálico complexo, perovskitas híbridas orgánicas e perovskitas haloxenadas inorgánicas".Luo Jingshan, profesor da Escola de Información Electrónica e Enxeñaría Óptica da Universidade de Nankai, introduciu que as titanitas de calcio que agora se usan na fotovoltaica adoitan ser as dúas últimas.
A perovskita pódese usar en moitos campos, como centrais de enerxía terrestres, aeroespacial, construción e dispositivos de xeración de enerxía portátiles.Entre eles, o campo fotovoltaico é a principal área de aplicación da perovskita.As estruturas de titanio de calcio son altamente deseñables e teñen un rendemento fotovoltaico moi bo, que é unha dirección de investigación popular no campo fotovoltaico nos últimos anos.
A industrialización da perovskita está a acelerarse e as empresas nacionais compiten polo deseño.Infórmase de que as primeiras 5.000 pezas de módulos de mineral de calcio e titanio enviadas desde Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd;Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. tamén está a acelerar a construción da liña piloto laminada de mineral de titanio completo de calcio e 150 MW máis grande do mundo;Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. A liña de produción de módulos fotovoltaicos de mineral de calcio e titanio de 150 MW completouse e púxose en funcionamento en decembro de 2022, e o valor da produción anual pode alcanzar os 300 millóns de yuans despois de alcanzar a produción.
O mineral de calcio e titanio ten vantaxes obvias na industria fotovoltaica
Na industria fotovoltaica, a perovskita foi moi demandada nos últimos anos.O motivo polo que emerxeu como o "favorito" no campo das células solares débese ás súas propias condicións únicas.
“En primeiro lugar, a perovskita posúe numerosas propiedades optoelectrónicas excelentes, como o intervalo de banda axustable, un alto coeficiente de absorción, unha baixa enerxía de unión de excitóns, unha alta mobilidade do portador, unha alta tolerancia aos defectos, etc.;en segundo lugar, o proceso de preparación da perovskita é sinxelo e pode acadar translucidez, ultra-lixeireza, ultra-delgadez, flexibilidade, etc. Finalmente, as materias primas de perovskita están amplamente dispoñibles e abundantes".Luo Jingshan presentou.E a preparación de perovskita tamén require unha pureza relativamente baixa das materias primas.
Na actualidade, o campo fotovoltaico utiliza un gran número de células solares baseadas en silicio, que se poden dividir en células solares de silicio monocristalino, silicio policristalino e silicio amorfo.O polo de conversión fotoeléctrica teórica das células de silicio cristalino é do 29,4% e o ambiente actual do laboratorio pode alcanzar un máximo do 26,7%, que está moi preto do teito de conversión;é previsible que a ganancia marxinal da mellora tecnolóxica sexa tamén cada vez menor.Pola contra, a eficiencia de conversión fotovoltaica das células de perovskita ten un valor de polo teórico máis alto do 33%, e se dúas células de perovskita están apiladas entre si, a eficiencia de conversión teórica 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 delgada non pode baixar é que as reservas de cadmio e galio, que son elementos raros na Terra, son demasiado pequenas e, como resultado, canto máis desenvolvida sexa a industria. é, canto maior sexa a demanda, maior será o custo de produción, e nunca puido converterse nun produto convencional.As materias primas da perovskita distribúense en grandes cantidades na terra e o prezo tamén é moi barato.
Ademais, o grosor do revestimento de mineral de calcio e titanio para baterías de mineral de calcio e titanio é de só uns centos de nanómetros, aproximadamente 1/500 do que teñen as obleas de silicio, o que significa que a demanda do material é moi pequena.Por exemplo, a demanda mundial actual de material de silicio para as células de silicio cristalino é dunhas 500.000 toneladas ao ano, e se todas elas se substitúen por células de perovskita, só serán necesarias unhas 1.000 toneladas de perovskita.
En termos de custos de fabricación, as células de silicio cristalino requiren unha purificación do silicio ata o 99,9999%, polo que o silicio debe ser quentado a 1400 graos centígrados, fundido en líquido, debuxado en barras redondas e rebanadas, e despois ensamblado en celas, con polo menos catro fábricas e dúas. a tres días intermedios e un maior consumo de enerxía.Pola contra, para a produción de células de perovskita, só é necesario aplicar o líquido base de perovskita ao substrato e despois esperar a cristalización.Todo o proceso só implica vidro, película adhesiva, perovskita e materiais químicos, e pódese completar nunha soa fábrica, e todo o proceso só leva uns 45 minutos.
"As células solares preparadas a partir de perovskita teñen unha excelente eficiencia de conversión fotoeléctrica, que alcanzou o 25,7% nesta fase, e poden substituír as células solares tradicionais baseadas en silicio no futuro para converterse na corrente comercial".dixo Luo Jingshan.
Son tres os grandes problemas que hai que resolver para favorecer a industrialización
Ao avanzar na industrialización da calcocita, a xente aínda ten que resolver 3 problemas, a saber, a estabilidade a longo prazo da calcocita, a preparación de grandes áreas e a toxicidade do chumbo.
En primeiro lugar, a perovskita é moi sensible ao medio ambiente e factores como a temperatura, a humidade, a luz e a carga do circuíto poden levar á descomposición da perovskita e á redución da eficiencia celular.Actualmente, a maioría dos módulos de perovskita de laboratorio non cumpren o estándar internacional IEC 61215 para produtos fotovoltaicos, nin alcanzan a vida útil de 10-20 anos das células solares de silicio, polo que o custo da perovskita aínda non é vantaxoso no campo fotovoltaico tradicional.Ademais, o mecanismo de degradación da 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, o que prexudica a investigación da estabilidade.
Outra cuestión importante é como preparalos a gran escala.Actualmente, cando se realizan estudos de optimización de dispositivos no laboratorio, a área de luz efectiva dos dispositivos utilizados adoita ser inferior a 1 cm2, e cando se trata da fase de aplicación comercial de compoñentes a gran escala, hai que mellorar os métodos de preparación do laboratorio. ou substituído.Os principais métodos actualmente aplicables á preparación de películas de perovskita de gran superficie son o método de solución e o método de evaporación ao baleiro.No método de solución, a concentración e proporción 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 ao baleiro prepara unha boa calidade e unha deposición controlable de películas de perovskita, pero de novo é difícil conseguir un bo contacto entre os precursores e os substratos.Ademais, debido a que a capa de transporte de carga do dispositivo de perovskita tamén debe prepararse nunha gran área, é necesario establecer unha liña de produción con deposición continua de cada capa na produción industrial.En xeral, o proceso de preparación de grandes superficies de películas finas de perovskita aínda necesita unha maior optimización.
Finalmente, a toxicidade do chumbo tamén é un tema de preocupación.Durante o proceso de envellecemento dos actuais dispositivos de perovskita de alta eficiencia, a perovskita descompoñerase para producir ións de chumbo libres e monómeros de chumbo, que serán perigosos para a saúde unha vez que entren no corpo humano.
Luo Jingshan cre que problemas como a estabilidade poden resolverse coa embalaxe do dispositivo."Se no futuro, estes dous problemas son resoltos, tamén hai un proceso de preparación maduro, tamén pode facer dispositivos de perovskita en vidro translúcido ou facer na superficie dos edificios para lograr a integración de edificios fotovoltaicos, ou converterse en dispositivos plegables flexibles para aeroespacial e outros campos, de xeito que a perovskita no espazo sen auga e ambiente de osíxeno para desempeñar un papel máximo.Luo Jingshan confía no futuro da perovskita.
Hora de publicación: 15-Abr-2023