I solcelleindustrien har perovskitt vært etterspurt de siste årene.Grunnen til at den har dukket opp som "favoritten" innen solceller er på grunn av dens unike forhold.Kalsiumtitanmalm har mange utmerkede fotovoltaiske egenskaper, enkel forberedelsesprosess og et bredt spekter av råvarer og rikelig innhold.I tillegg kan perovskitt også brukes i bakkekraftverk, luftfart, konstruksjon, bærbare kraftgenereringsenheter og mange andre felt.
Den 21. mars søkte Ningde Times om patentet på "kalsiumtitanittsolcelle og dens fremstillingsmetode og kraftenhet".De siste årene, med støtte fra innenlandske politikker og tiltak, har kalsium-titanmalmindustrien, representert ved solceller av kalsium-titanmalm, gjort store fremskritt.Så hva er perovskitt?Hvordan er industrialiseringen av perovskitt?Hvilke utfordringer står fortsatt overfor?Science and Technology Daily-reporter intervjuet de relevante ekspertene.
Perovskitt er verken kalsium eller titan.
De såkalte perovskittene er verken kalsium eller titan, men en fellesbetegnelse for en klasse "keramiske oksider" med samme krystallstruktur, med molekylformelen ABX3.A står for "kation med stor radius", B for "metallkation" og X for "halogenanion".A står for «kation med stor radius», B står for «metallkation» og X står for «halogenanion».Disse tre ionene kan vise mange fantastiske fysiske egenskaper gjennom arrangementet av forskjellige elementer eller ved å justere avstanden mellom dem, inkludert men ikke begrenset til isolasjon, ferroelektrisitet, antiferromagnetisme, gigantisk magnetisk effekt, etc.
"I henhold til den elementære sammensetningen av materialet kan perovskitter grovt deles inn i tre kategorier: komplekse metalloksidperovskitter, organiske hybridperovskitter og uorganiske halogenerte perovskitter."Luo Jingshan, en professor ved Nankai University's School of Electronic Information and Optical Engineering, introduserte at kalsiumtitanittene som nå brukes i solceller vanligvis er de to sistnevnte.
perovskitt kan brukes i mange felt som jordkraftverk, romfart, konstruksjon og bærbare kraftgenereringsenheter.Blant dem er fotovoltaisk felt det viktigste bruksområdet for perovskitt.Kalsiumtitanittstrukturer er svært designbare og har veldig god fotovoltaisk ytelse, som er en populær forskningsretning innen fotovoltaisk felt de siste årene.
Industrialiseringen av perovskitt akselererer, og innenlandske bedrifter konkurrerer om utformingen.Det er rapportert at de første 5000 delene av kalsiumtitanmalmmoduler sendt fra Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd;Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. akselererer også byggingen av verdens største 150 MW full kalsium titan malm laminert pilotlinje;Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MW produksjonslinje for fotovoltaisk modul av kalsium-titanmalm er ferdigstilt og satt i drift i desember 2022, og den årlige produksjonsverdien kan nå 300 millioner yuan etter produksjon.
Kalsiumtitanmalm har åpenbare fordeler i fotovoltaisk industri
I solcelleindustrien har perovskitt vært etterspurt de siste årene.Grunnen til at den har dukket opp som "favoritten" innen solceller er på grunn av dens egne unike forhold.
"For det første har perovskitt mange utmerkede optoelektroniske egenskaper, som justerbart båndgap, høy absorpsjonskoeffisient, lav eksitonbindingsenergi, høy bærermobilitet, høy defekttoleranse, etc.;For det andre er fremstillingsprosessen av perovskitt enkel og kan oppnå gjennomskinnelighet, ultraletthet, ultratynnhet, fleksibilitet, etc. Til slutt er perovskittråmaterialer allment tilgjengelige og rikelig.»Luo Jingshan introduserte.Og tilberedning av perovskitt krever også relativt lav renhet av råvarer.
For tiden bruker PV-feltet et stort antall silisiumbaserte solceller, som kan deles inn i monokrystallinsk silisium, polykrystallinsk silisium og amorfe silisiumsolceller.Den teoretiske fotoelektriske konverteringspolen til krystallinske silisiumceller er 29,4%, og det nåværende laboratoriemiljøet kan nå maksimalt 26,7%, som er svært nær taket for konvertering;det er påregnelig at den marginale gevinsten ved teknologisk forbedring også vil bli mindre og mindre.I motsetning til dette har den fotovoltaiske konverteringseffektiviteten til perovskittceller en høyere teoretisk polverdi på 33 %, og hvis to perovskittceller stables opp og ned sammen, kan den teoretiske konverteringseffektiviteten nå 45 %.
I tillegg til «effektivitet» er en annen viktig faktor «kostnad».For eksempel er grunnen til at kostnadene for den første generasjonen av tynnfilmsbatterier ikke kan gå ned at reservene av kadmium og gallium, som er sjeldne grunnstoffer på jorden, er for små, og som et resultat, jo mer utviklet industrien er, jo større etterspørsel, jo høyere produksjonskostnad, og det har aldri vært i stand til å bli et vanlig produkt.Råvarene til perovskitt distribueres i store mengder på jorden, og prisen er også veldig billig.
I tillegg er tykkelsen på kalsium-titan-malmbelegget for kalsium-titan-malmbatterier bare noen få hundre nanometer, omtrent 1/500-del av silisiumplater, noe som betyr at etterspørselen etter materialet er svært liten.For eksempel er den nåværende globale etterspørselen etter silisiummateriale til krystallinske silisiumceller omtrent 500 000 tonn per år, og hvis alle erstattes med perovskittceller, vil det bare være behov for rundt 1000 tonn perovskitt.
Når det gjelder produksjonskostnader, krever krystallinske silisiumceller silisiumrensing til 99,9999 %, så silisium må varmes opp til 1400 grader Celsius, smeltes til væske, trekkes inn i runde staver og skiver, og deretter settes sammen til celler, med minst fire fabrikker og to til tre dager i mellom, og større energiforbruk.I motsetning til dette, for produksjon av perovskittceller, er det bare nødvendig å påføre perovskittbasevæsken på substratet og deretter vente på krystallisering.Hele prosessen involverer kun glass, limfilm, perovskitt og kjemiske materialer, og kan gjennomføres på én fabrikk, og hele prosessen tar kun ca. 45 minutter.
"Solceller laget av perovskitt har utmerket fotoelektrisk konverteringseffektivitet, som har nådd 25,7% på dette stadiet, og kan erstatte tradisjonelle silisiumbaserte solceller i fremtiden for å bli den kommersielle mainstream."sa Luo Jingshan.
Det er tre store problemer som må løses for å fremme industrialiseringen
For å fremme industrialiseringen av chalcocite, trenger folk fortsatt å løse 3 problemer, nemlig den langsiktige stabiliteten til chalcocite, forberedelse av store områder og toksisiteten til bly.
For det første er perovskitt veldig følsom for miljøet, og faktorer som temperatur, fuktighet, lys og kretsbelastning kan føre til nedbrytning av perovskitt og reduksjon av celleeffektivitet.For tiden oppfyller de fleste laboratorieperovskittmoduler ikke den internasjonale standarden IEC 61215 for fotovoltaiske produkter, og de når heller ikke levetiden til silisiumsolceller på 10-20 år, så kostnadene for perovskitt er fortsatt ikke fordelaktige i det tradisjonelle solcellefeltet.I tillegg er nedbrytningsmekanismen til perovskitt og dens enheter svært kompleks, og det er ingen veldig klar forståelse av prosessen i feltet, og det er heller ikke en enhetlig kvantitativ standard, som er skadelig for stabilitetsforskning.
Et annet stort problem er hvordan man forbereder dem i stor skala.For tiden, når utstyrsoptimaliseringsstudier utføres i laboratoriet, er det effektive lysområdet til enhetene som brukes vanligvis mindre enn 1 cm2, og når det kommer til det kommersielle påføringsstadiet av storskala komponenter, må laboratoriefremstillingsmetodene forbedres eller erstattet.De viktigste metodene som for tiden er anvendelige for fremstilling av perovskittfilmer med stort område er løsningsmetoden og vakuumfordampningsmetoden.I løsningsmetoden har konsentrasjonen og forholdet mellom forløperløsningen, typen løsningsmiddel og lagringstiden stor innvirkning på kvaliteten på perovskittfilmene.Vakuumfordampningsmetoden forbereder god kvalitet og kontrollerbar avsetning av perovskittfilmer, men det er igjen vanskelig å oppnå god kontakt mellom forløpere og underlag.I tillegg, fordi ladningstransportlaget til perovskittanordningen også må forberedes i et stort område, må det etableres en produksjonslinje med kontinuerlig avsetning av hvert lag i industriell produksjon.Totalt sett trenger prosessen med å forberede store områder av perovskitt-tynne filmer fortsatt ytterligere optimalisering.
Til slutt er toksisiteten til bly også et problem.Under aldringsprosessen til nåværende høyeffektive perovskittenheter, vil perovskitt brytes ned for å produsere frie blyioner og blymonomerer, som vil være helsefarlige når de kommer inn i menneskekroppen.
Luo Jingshan mener at problemer som stabilitet kan løses med enhetspakning."Hvis i fremtiden, disse to problemene er løst, er det også en moden forberedelsesprosess, kan også gjøre perovskittenheter til gjennomskinnelig glass eller gjøre på overflaten av bygninger for å oppnå fotovoltaisk bygningsintegrasjon, eller gjøres om til fleksible sammenleggbare enheter for romfart og romfart. andre felt, slik at perovskitt i rommet uten vann og oksygenmiljø spiller en maksimal rolle."Luo Jingshan er trygg på fremtiden til perovskitt.
Innleggstid: 15. april 2023