У фотоелектричній промисловості перовскіт користується шаленим попитом в останні роки. Причина, чому він став «фаворитом» у галузі сонячних елементів, полягає в його унікальних умовах. Кальцієво-титанова руда має багато чудових фотоелектричних властивостей, простий процес підготовки, широкий спектр сировини та рясний вміст. Крім того, перовскіт також можна використовувати в наземних електростанціях, авіації, будівництві, переносних пристроях для виробництва електроенергії та багатьох інших галузях.
21 березня газета Ningde Times подала заявку на отримання патенту на «сонячну батарею з кальцієвого титаніту та спосіб її виготовлення та силовий пристрій». За останні роки завдяки підтримці внутрішньої політики та заходів галузь кальцієво-титанової руди, представлена кальцієво-титановою рудою сонячними елементами, досягла великих успіхів. Отже, що таке перовскіт? Як відбувається індустріалізація перовскіту? Які виклики ще стоять? Репортер Science and Technology Daily опитав профільних експертів.
Перовскіт не є ні кальцієм, ні титаном.
Так звані перовскіти не є ані кальцієм, ані титаном, а загальним терміном для класу «керамічних оксидів» з однаковою кристалічною структурою з молекулярною формулою ABX3. A означає «катіон великого радіуса», B — «катіон металу», а X — «аніон галогену». A означає «катіон великого радіуса», B означає «катіон металу», а X означає «аніон галогену». Ці три іони можуть демонструвати багато дивовижних фізичних властивостей завдяки розташуванню різних елементів або регулюванню відстані між ними, включаючи, але не обмежуючись цим, ізоляцію, сегнетоелектрику, антиферомагнетизм, гігантський магнітний ефект тощо.
«Відповідно до елементного складу матеріалу перовскіти можна умовно розділити на три категорії: перовскіти комплексного оксиду металів, органічні гібридні перовскіти та неорганічні галогеновані перовскіти». Луо Цзіншань, професор Школи електронної інформації та оптичної інженерії Нанкайського університету, представив, що титаніти кальцію, які зараз використовуються у фотоелектричних установках, зазвичай є двома останніми.
перовскіт можна використовувати в багатьох галузях, таких як наземні електростанції, аерокосмічна промисловість, будівництво та переносні пристрої для вироблення електроенергії. Серед них фотоелектричне поле є основною областю застосування перовскіту. Структури з титаніту кальцію добре проектуються та мають дуже хороші фотоелектричні характеристики, що є популярним напрямком досліджень у фотоелектричній галузі в останні роки.
Індустріалізація перовскіту прискорюється, і вітчизняні підприємства конкурують за макет. Повідомляється, що перші 5000 одиниць модулів кальцієво-титанової руди були відправлені з Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. також прискорює будівництво найбільшої в світі пілотної лінії потужністю 150 МВт, повної ламінованої кальцієво-титанової руди; Лінія виробництва фотоелектричних модулів з кальцієво-титанової руди Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. потужністю 150 МВт була завершена та введена в експлуатацію в грудні 2022 року, а річний обсяг виробництва може досягти 300 мільйонів юанів після досягнення виробництва.
Кальцієво-титанова руда має очевидні переваги в фотоелектричній промисловості
У фотоелектричній промисловості перовскіт користується шаленим попитом в останні роки. Причина, чому він став «фаворитом» у галузі сонячних елементів, полягає в його власних унікальних умовах.
«По-перше, перовскіт має численні чудові оптоелектронні властивості, такі як регульована ширина забороненої зони, високий коефіцієнт поглинання, низька енергія зв’язку екситонів, висока рухливість носіїв, висока толерантність до дефектів тощо; по-друге, процес приготування перовскіту простий і дозволяє досягти напівпрозорості, ультралегкості, ультратонкості, гнучкості тощо. Нарешті, перовскітова сировина широко доступна та в достатку». Ло Цзіншань представив. А приготування перовскіту також вимагає відносно низької чистоти сировини.
В даний час у фотоелектричній галузі використовується велика кількість сонячних елементів на основі кремнію, які можна розділити на сонячні елементи з монокристалічного кремнію, полікристалічного кремнію та аморфного кремнію. Теоретичний полюс фотоелектричного перетворення кристалічних кремнієвих елементів становить 29,4%, а поточне лабораторне середовище може досягати максимуму 26,7%, що дуже близько до стелі перетворення; можна передбачити, що граничний прибуток від технологічного вдосконалення також ставатиме все меншим і меншим. Навпаки, ефективність фотоелектричного перетворення перовскітних елементів має вище теоретичне значення полюса 33%, і якщо дві перовскітні клітини скласти вгору та вниз разом, теоретична ефективність перетворення може досягати 45%.
Окрім «ефективності», ще одним важливим фактором є «вартість». Наприклад, причина, чому вартість першого покоління тонкоплівкових акумуляторів не може знизитися, полягає в тому, що запаси кадмію та галію, які є рідкісними елементами на землі, занадто малі, і, як наслідок, більш розвинена промисловість Що більший попит, то вищі витрати на виробництво, і він ніколи не міг стати основним продуктом. Сировина перовскіту поширена у великих кількостях на землі, і ціна також дуже низька.
Крім того, товщина покриття кальцієво-титанової руди для кальцієво-титанової руди акумуляторів становить лише кілька сотень нанометрів, приблизно 1/500 частини кремнієвих пластин, що означає, що попит на матеріал дуже малий. Наприклад, поточний глобальний попит на кремнієвий матеріал для кристалічних кремнієвих елементів становить близько 500 000 тонн на рік, і якщо всі вони будуть замінені перовскітовими елементами, буде потрібно лише близько 1000 тонн перовскіту.
З точки зору витрат на виробництво, елементи з кристалічного кремнію вимагають очищення кремнію до 99,9999%, тому кремній потрібно нагріти до 1400 градусів за Цельсієм, розплавити в рідину, витягнути в круглі стрижні та скибочки, а потім зібрати в елементи, щонайменше чотири заводи та два до трьох днів між ними та більшим споживанням енергії. Навпаки, для виробництва перовскітних клітин необхідно лише нанести перовскітну базову рідину на підкладку, а потім дочекатися кристалізації. Весь процес включає лише скло, клейку плівку, перовскіт і хімічні матеріали, і може бути завершений на одній фабриці, і весь процес займає лише близько 45 хвилин.
«Сонячні батареї, виготовлені з перовскіту, мають чудову ефективність фотоелектричного перетворення, яка на даному етапі досягла 25,7%, і можуть замінити традиційні кремнієві сонячні батареї в майбутньому, щоб стати комерційним мейнстрімом». Луо Цзіншань сказав.
Для сприяння індустріалізації необхідно вирішити три основні проблеми
Для просування індустріалізації халькозиту людям все ще потрібно вирішити 3 проблеми, а саме довгострокову стабільність халькозиту, підготовку великої площі та токсичність свинцю.
По-перше, перовскіт дуже чутливий до навколишнього середовища, і такі фактори, як температура, вологість, світло та навантаження на контур, можуть призвести до розкладання перовскіту та зниження ефективності клітини. На даний момент більшість лабораторних перовскітових модулів не відповідають міжнародному стандарту IEC 61215 для фотоелектричних продуктів, а також не досягають 10-20-річного терміну служби кремнієвих сонячних елементів, тому вартість перовскіту все ще невигідна в традиційній фотоелектричній сфері. Крім того, механізм деградації перовскіту та його пристроїв є дуже складним, і немає дуже чіткого розуміння процесу в цій галузі, а також немає єдиного кількісного стандарту, що шкодить дослідженням стабільності.
Інше важливе питання полягає в тому, як підготувати їх у великих масштабах. В даний час, коли дослідження оптимізації пристроїв проводяться в лабораторії, ефективна освітлена площа використовуваних пристроїв зазвичай становить менше 1 см2, а коли справа доходить до стадії комерційного застосування великомасштабних компонентів, методи лабораторної підготовки потребують вдосконалення. або замінено. Основними методами, застосовними в даний час для отримання перовскітних плівок великої площі, є метод розчину та метод вакуумного випарювання. У методі розчину концентрація та співвідношення розчину прекурсора, тип розчинника та час зберігання мають великий вплив на якість плівок перовскіту. Метод вакуумного випаровування забезпечує якісне та контрольоване осадження плівок перовскіту, але знову ж таки важко досягти хорошого контакту між прекурсорами та підкладками. Крім того, оскільки шар транспортування заряду перовскітного пристрою також потрібно підготувати на великій площі, у промисловому виробництві потрібно встановити виробничу лінію з безперервним осадженням кожного шару. Загалом процес отримання тонких плівок перовскіту великої площі ще потребує подальшої оптимізації.
Нарешті, токсичність свинцю також викликає занепокоєння. У процесі старіння сучасних високоефективних перовскітових пристроїв перовскіт розкладатиметься з утворенням вільних іонів свинцю та мономерів свинцю, які будуть небезпечними для здоров’я після потрапляння в організм людини.
Ло Цзіншань вважає, що такі проблеми, як стабільність, можна вирішити за допомогою упаковки пристрою. «Якщо в майбутньому ці дві проблеми будуть вирішені, існує також зрілий процес підготовки, який також може зробити пристрої з перовскіту в напівпрозоре скло або зробити на поверхні будівель для досягнення фотоелектричної інтеграції будівель, або зробити в гнучкі складні пристрої для аерокосмічної та космонавтики. інші поля, щоб перовскіт у космосі без води та кисню відігравав максимальну роль». Луо Цзіншань впевнений у майбутньому перовскіту.
Час публікації: 15 квітня 2023 р