I den fotovoltaiska industrin har Perovskite varit efterfrågad under de senaste åren. Anledningen till att det har framkommit som ”favoriten” inom området för solceller beror på dess unika förhållanden. Kalciumtitanmalm har många utmärkta fotovoltaiska egenskaper, enkel beredningsprocess och ett brett utbud av råvaror och rikligt innehåll. Dessutom kan Perovskite också användas i markkraftverk, luftfart, konstruktion, bärbara kraftproduktionsanordningar och många andra fält.
Den 21 mars ansökte Ningde Times om patentet "kalciumtitanit solcell och dess beredningsmetod och kraftenhet". Under de senaste åren, med stöd av inrikespolitiken och åtgärderna, har kalciumtitanmalmindustrin, representerad av solceller med kalciumtitanmalm, gjort stora framsteg. Så vad är Perovskite? Hur är industrialiseringen av Perovskite? Vilka utmaningar står fortfarande inför? Science and Technology Daily Reporter intervjuade relevanta experter.
Perovskite är varken kalcium eller titan.
De så kallade perovskiterna är varken kalcium eller titan, utan en generisk term för en klass av "keramiska oxider" med samma kristallstruktur, med molekylformeln ABX3. A står för "stor radiakation", B för "metallkatjon" och X för "halogenanjon". A står för "stor radiationskation", B står för "metallkatjon" och X står för "halogenanjon". Dessa tre joner kan uppvisa många fantastiska fysiska egenskaper genom arrangemanget av olika element eller genom att justera avståndet mellan dem, inklusive men inte begränsat till isolering, ferroelektricitet, antiferromagnetism, jättemagnetisk effekt, etc.
"Enligt materialets elementära sammansättning kan perovskiter grovt delas upp i tre kategorier: komplexa metalloxid perovskiter, organisk hybrid perovskiter och oorganiska halogenerade perovskiter." Luo Jingshan, professor vid Nankai University's School of Electronic Information and Optical Engineering, introducerade att de kalciumtitaniter som nu används i fotovoltaiker vanligtvis är de två senare.
Perovskite kan användas inom många områden som markkraftverk, flyg-, konstruktion och bärbara kraftproduktionsanordningar. Bland dem är Photovoltaic Field det huvudsakliga applikationsområdet för Perovskite. Kalciumtitanitstrukturer är mycket designbara och har mycket bra fotovoltaiska prestanda, vilket är en populär forskningsriktning inom fotovoltaiska områden under de senaste åren.
Industrialiseringen av Perovskite accelererar och inhemska företag tävlar om layouten. Det rapporteras att de första 5 000 bitarna av kalciumtitanmalmmoduler som skickas från Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. påskyndar också byggandet av världens största 150 MW fulla kalciumtitanmalmslaminerade pilotlinje; Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MW kalciumtitanmalm fotovoltaisk modulproduktionslinje har slutförts och använts i december 2022, och det årliga produktionsvärdet kan nå 300 miljoner yuan efter att ha nått produktionen.
Kalciumtitanmalm har uppenbara fördelar inom fotovoltaisk industri
I den fotovoltaiska industrin har Perovskite varit efterfrågad under de senaste åren. Anledningen till att det har framkommit som ”favoriten” inom området för solceller beror på sina egna unika förhållanden.
”För det första har Perovskite många utmärkta optoelektroniska egenskaper, såsom justerbar bandgap, hög absorptionskoefficient, låg exciton -bindande energi, hög bärarnas rörlighet, hög defekt tolerans, etc.; För det andra är beredningsprocessen för perovskite enkel och kan uppnå genomskinlighet, ultralätthet, ultratunnhet, flexibilitet osv. Slutligen är Perovskite råvaror allmänt tillgängliga och rikliga. ” Luo Jingshan introducerade. Och beredningen av perovskite kräver också relativt låg renhet av råvaror.
För närvarande använder PV-fältet ett stort antal kiselbaserade solceller, som kan delas upp i monokristallint kisel, polykristallint kisel och amorfa kiselceller. Den teoretiska fotoelektriska omvandlingspolen av kristallina kiselceller är 29,4%, och den nuvarande laboratoriemiljön kan nå högst 26,7%, vilket är mycket nära omvandlingens tak; Det är förutsatt att den marginella vinsten av teknisk förbättring också blir mindre och mindre. Däremot har den fotovoltaiska omvandlingseffektiviteten hos perovskitceller ett högre teoretiskt polvärde på 33%, och om två perovskitceller staplas upp och ner tillsammans kan den teoretiska omvandlingseffektiviteten nå 45%.
Förutom ”effektivitet” är en annan viktig faktor ”kostnad”. Till exempel, orsaken till att kostnaden för den första generationen av tunnfilmbatterier inte kan komma ner är att reserverna för kadmium och gallium, som är sällsynta element på jorden, är för små, och som ett resultat, desto mer utvecklat branschen är, ju större efterfrågan, desto högre produktionskostnad, och den har aldrig kunnat bli en mainstream -produkt. Perovskitens råvaror fördelas i stora mängder på jorden, och priset är också mycket billigt.
Dessutom är tjockleken på kalciumtitanmalmbeläggningen för kalcium-titanmalmbatterier bara några hundra nanometer, cirka 1/500 av den för kiselskivor, vilket innebär att efterfrågan på materialet är mycket litet. Till exempel är den nuvarande globala efterfrågan på kiselmaterial för kristallina kiselceller cirka 500 000 ton per år, och om alla av dem ersätts med perovskitceller kommer endast cirka 1 000 ton perovskite att behövas.
När det gäller tillverkningskostnader kräver kristallina kiselceller kiselrening till 99.9999%, så kisel måste värmas upp till 1400 grader Celsius, smälts i vätska, dras i runda stavar och skivor, och sedan monteras i celler, med minst fyra fabriker och två till tre dagar däremellan och större energiförbrukning. Däremot, för produktion av perovskitceller, är det bara nödvändigt att applicera perovskitbasvätskan på underlaget och sedan vänta på kristallisation. Hela processen involverar bara glas, limfilm, perovskit och kemiska material och kan slutföras i en fabrik, och hela processen tar bara cirka 45 minuter.
"Solceller framställda från Perovskite har utmärkt fotoelektrisk omvandlingseffektivitet, som har nått 25,7% i detta skede och kan ersätta traditionella kiselbaserade solceller i framtiden för att bli den kommersiella mainstream." Luo Jingshan sa.
Det finns tre stora problem som måste lösas för att främja industrialisering
När man främjar industrialiseringen av kalkocit måste människor fortfarande lösa tre problem, nämligen den långsiktiga stabiliteten hos kalkocit, stora områdesberedning och blyens toxicitet.
För det första är perovskite mycket känslig för miljön, och faktorer som temperatur, luftfuktighet, ljus och kretsbelastning kan leda till nedbrytning av perovskit och minskning av celleffektiviteten. För närvarande uppfyller de flesta laboratorieperovskitmoduler inte IEC 61215 International Standard för fotovoltaiska produkter, och de når inte heller 10-20 års livslängd för kiselceller, så kostnaden för perovskite är fortfarande inte fördelaktigt inom det traditionella fotovoltaiska området. Dessutom är nedbrytningsmekanismen för perovskite och dess enheter mycket komplex, och det finns ingen tydlig förståelse för processen i fältet, och det finns inte heller en enhetlig kvantitativ standard, vilket är skadligt för stabilitetsforskning.
En annan viktig fråga är hur man förbereder dem i stor skala. För närvarande, när enhetsoptimeringsstudier utförs i laboratoriet, är det effektiva ljusområdet för de använda enheterna vanligtvis mindre än 1 cm2, och när det gäller det kommersiella applikationssteget för storskaliga komponenter, måste laboratorieberedningsmetoderna förbättras eller ersatt. De viktigaste metoderna som för närvarande är tillämpliga på beredningen av perovskitfilmer med stor yta är lösningsmetoden och vakuumindunstningsmetoden. I lösningsmetoden har koncentrationen och förhållandet mellan prekursorlösningen, typen av lösningsmedel och lagringstiden en stor inverkan på kvaliteten på perovskitfilmerna. Vakuum förångningsmetod förbereder god kvalitet och kontrollerbar avsättning av perovskitfilmer, men det är återigen svårt att uppnå god kontakt mellan föregångare och underlag. Eftersom laddningstransportskiktet för Perovskite -anordningen också måste förberedas i ett stort område, måste en produktionslinje med kontinuerlig avsättning av varje lager upprättas i industriell produktion. Sammantaget behöver processen med stor areaberedning av tunna filmer perovskite fortfarande optimering.
Slutligen är blyens toxicitet också en fråga om oro. Under åldringsprocessen med nuvarande högeffektiva perovskitanordningar kommer Perovskite att sönderdelas för att producera fria ledningsjoner och blymonomerer, vilket kommer att vara farligt för hälsan när de kommer in i människokroppen.
Luo Jingshan anser att problem som stabilitet kan lösas genom enhetsförpackningar. ”Om dessa två problem i framtiden löses finns det också en mogen beredningsprocess, kan också göra perovskite -enheter till genomskinligt glas eller göra på ytan av byggnader för att uppnå fotovoltaisk byggnadsintegration eller göras till flexibla hopfällbara enheter för flyg- och rymd- och rymd andra fält, så att perovskite i rymden utan vatten och syremiljö för att spela en maximal roll. ” Luo Jingshan är säker på Perovskite framtid.
Posttid: april-15-2023