Inom solcellsindustrin har perovskit varit mycket efterfrågad de senaste åren.Anledningen till att den har dykt upp som "favoriten" inom solcellsområdet är på grund av dess unika förutsättningar.Kalciumtitanmalm har många utmärkta fotovoltaiska egenskaper, enkel beredningsprocess och ett brett utbud av råmaterial och rikligt innehåll.Dessutom kan perovskite också användas i markkraftverk, flyg, konstruktion, bärbara kraftgenereringsenheter och många andra områden.
Den 21 mars ansökte Ningde Times om patentet för "kalciumtitanit solcell och dess beredningsmetod och kraftenhet".Under de senaste åren har kalcium-titanmalmsindustrin, representerad av solceller av kalcium-titanmalm, gjort stora framsteg, med stöd av inhemska politik och åtgärder.Så vad är perovskite?Hur är industrialiseringen av perovskit?Vilka utmaningar står fortfarande inför?Science and Technology Daily reporter intervjuade relevanta experter.
Perovskit 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 "katjon med stor radie", B för "metallkatjon" och X för "halogenanjon".A står för "katjon med stor radie", 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.
"Beroende på materialets elementära sammansättning kan perovskiter grovt delas in i tre kategorier: komplexa metalloxidperovskiter, organiska hybridperovskiter och oorganiska halogenerade perovskiter."Luo Jingshan, professor vid Nankai University's School of Electronic Information and Optical Engineering, introducerade att kalciumtitaniter som nu används i solceller vanligtvis är de två sistnämnda.
perovskite kan användas inom många områden som markkraftverk, flyg, konstruktion och bärbara kraftgenereringsanordningar.Bland dem är fotovoltaiskt fält det huvudsakliga användningsområdet för perovskite.Kalciumtitanitstrukturer är mycket designbara och har mycket bra fotovoltaisk prestanda, vilket är en populär forskningsriktning inom solcellsområdet under de senaste åren.
Industrialiseringen av perovskite accelererar, och inhemska företag konkurrerar om layouten.Det har rapporterats att de första 5 000 bitarna av kalciumtitanmalmmoduler skickas från Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd;Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. accelererar också byggandet av världens största 150 MW laminerade pilotlinje med full kalciumtitanmalm;Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MW produktionslinje för fotovoltaiska moduler av kalcium-titanmalm har färdigställts och tagits i drift i december 2022, och det årliga produktionsvärdet kan nå 300 miljoner yuan efter att ha nått produktion.
Kalciumtitanmalm har uppenbara fördelar inom solcellsindustrin
Inom solcellsindustrin har perovskit varit mycket efterfrågad de senaste åren.Anledningen till att den har dykt upp som "favoriten" inom solcellsområdet beror på dess egna unika förutsättningar.
"För det första har perovskite många utmärkta optoelektroniska egenskaper, såsom justerbart bandgap, hög absorptionskoefficient, låg excitonbindningsenergi, hög bärarrörlighet, hög defekttolerans, etc.;för det andra är beredningsprocessen för perovskit enkel och kan uppnå genomskinlighet, ultralätthet, ultratunnhet, flexibilitet, etc. Slutligen är perovskitråvaror allmänt tillgängliga och rikliga."Luo Jingshan presenterade.Och beredningen av perovskit kräver också relativt låg renhet av råvaror.
För närvarande använder PV-fältet ett stort antal kiselbaserade solceller, som kan delas in i monokristallint kisel, polykristallint kisel och amorfa kiselsolceller.Den teoretiska fotoelektriska omvandlingspolen för kristallina kiselceller är 29,4 %, och den nuvarande laboratoriemiljön kan nå maximalt 26,7 %, vilket är mycket nära taket för omvandling;Det är förutsägbart att den marginella vinsten av teknisk förbättring också kommer att bli mindre och mindre.Däremot har den fotovoltaiska omvandlingseffektiviteten för 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, anledningen till att kostnaden för den första generationens tunnfilmsbatterier inte kan sjunka är att reserverna av kadmium och gallium, som är sällsynta grundämnen på jorden, är för små, och som ett resultat, ju mer utvecklad industrin är. är, ju större efterfrågan, desto högre produktionskostnad, och det har aldrig kunnat bli en vanlig produkt.Råvarorna av perovskite distribueras i stora mängder på jorden, och priset är också mycket billigt.
Dessutom är tjockleken på kalcium-titanmalmbeläggningen för kalcium-titanmalmbatterier bara några hundra nanometer, cirka 1/500 av kiselwafers, vilket gör att efterfrågan på materialet är mycket liten.Till exempel är den nuvarande globala efterfrågan på kiselmaterial för kristallina kiselceller cirka 500 000 ton per år, och om alla ersätts med perovskitceller kommer endast cirka 1 000 ton perovskit att behövas.
När det gäller tillverkningskostnader kräver kristallina kiselceller kiselrening till 99,9999 %, så kisel måste värmas till 1400 grader Celsius, smältas till vätska, dras till runda stavar och skivor och sedan sättas ihop till celler, med minst fyra fabriker och två till tre dagar emellan, och större energiförbrukning.För produktionen av perovskitceller är det däremot endast nödvändigt att applicera perovskitbasvätskan på substratet och sedan vänta på kristallisering.Hela processen involverar endast glas, limfilm, perovskit och kemiska material, och kan genomföras i en fabrik, och hela processen tar bara cirka 45 minuter.
"Solceller framställda av perovskit 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."sa Luo Jingshan.
Det finns tre stora problem som måste lösas för att främja industrialiseringen
För att främja industrialiseringen av chalcocit behöver människor fortfarande lösa tre problem, nämligen den långsiktiga stabiliteten av chalcocit, beredning av stora områden och blyets toxicitet.
För det första är perovskit mycket känslig för miljön, och faktorer som temperatur, fuktighet, ljus och kretsbelastning kan leda till nedbrytning av perovskit och minskning av celleffektiviteten.För närvarande uppfyller de flesta laboratorieperovskitmoduler inte den internationella standarden IEC 61215 för solcellsprodukter, och de når inte heller 10-20 års livslängd för kiselsolceller, så kostnaden för perovskit är fortfarande inte fördelaktig inom det traditionella solcellsområdet.Dessutom är nedbrytningsmekanismen för perovskit och dess enheter mycket komplex, och det finns ingen mycket tydlig förståelse av processen på fältet, och det finns inte heller en enhetlig kvantitativ standard, vilket är skadligt för stabilitetsforskningen.
En annan viktig fråga är hur man förbereder dem i stor skala.För närvarande, när utrustningsoptimeringsstudier utförs i laboratoriet, är den effektiva ljusarean för de apparater som används vanligtvis mindre än 1 cm2, och när det kommer till det kommersiella applikationsstadiet av storskaliga komponenter måste laboratorieberedningsmetoderna förbättras eller byts ut.De huvudsakliga metoderna som för närvarande är tillämpliga för framställning av perovskitfilmer med stor yta är lösningsmetoden och vakuumindunstningsmetoden.I lösningsmetoden har koncentrationen och förhållandet mellan prekursorlösningen, typen av lösningsmedel och lagringstiden stor inverkan på kvaliteten på perovskitfilmerna.Vakuumindunstningsmetoden förbereder god kvalitet och kontrollerbar avsättning av perovskitfilmer, men det är återigen svårt att uppnå god kontakt mellan prekursorer och substrat.Dessutom, eftersom laddningstransportskiktet i perovskitanordningen också behöver förberedas i ett stort område, måste en produktionslinje med kontinuerlig avsättning av varje skikt etableras i industriell produktion.Sammantaget behöver processen med storarea förberedelse av perovskit tunna filmer fortfarande ytterligare optimering.
Slutligen är blyets toxicitet också ett problem.Under åldringsprocessen av nuvarande högeffektiva perovskitenheter kommer perovskit att sönderdelas för att producera fria blyjoner och blymonomerer, vilket kommer att vara hälsofarligt när de väl kommer in i människokroppen.
Luo Jingshan tror att problem som stabilitet kan lösas genom enhetsförpackning."Om i framtiden dessa två problem löses, det finns också en mogen förberedelseprocess, kan också göra perovskite-enheter till genomskinligt glas eller göra på ytan av byggnader för att uppnå solcellsbyggnadsintegration, eller göras till flexibla hopfällbara enheter för flyg- och rymdindustrin och andra fält, så att perovskite i rymden utan vatten och syremiljö att spela en maximal roll."Luo Jingshan är säker på framtiden för perovskite.
Posttid: 2023-apr-15