A fotovoltaikus iparban az elmúlt években nagy kereslet mutatkozott a perovszkit iránt.Az ok, amiért „kedvenc” lett a napelemek területén, az egyedi adottságaiból fakad.A kalcium-titánérc számos kiváló fotovoltaikus tulajdonsággal, egyszerű előállítási eljárással, sokféle alapanyaggal és bőséges tartalommal rendelkezik.Ezenkívül a perovszkit földi erőművekben, repülésben, építőiparban, hordható áramfejlesztő eszközökben és sok más területen is használható.
Március 21-én a Ningde Times „kalcium-titanit napelem, valamint előállítási módszere és tápegysége” szabadalma iránti kérelmet nyújtott be.Az elmúlt években a hazai politikák és intézkedések támogatásával nagyot lépett előre a kalcium-titán ércipar, amelyet a kalcium-titán érc napelemek képviselnek.Tehát mi az a perovszkit?Hogyan zajlik a perovszkit iparosítása?Milyen kihívásokkal kell még szembenézni?A Science and Technology Daily riportere interjút készített az érintett szakértőkkel.
A perovskit nem kalcium és nem titán.
Az úgynevezett perovszkitek nem kalcium és nem titán, hanem az azonos kristályszerkezetű, ABX3 molekulaképlettel rendelkező „kerámia-oxidok” osztályának általános elnevezése.Az A a „nagy sugarú kationt”, a B a „fémkationt”, az X pedig a „halogénaniont” jelenti.Az A a „nagy sugarú kationt”, a B a „fémkationt”, az X pedig a „halogénaniont” jelenti.Ez a három ion számos elképesztő fizikai tulajdonságot mutathat fel különböző elemek elrendezésével vagy a köztük lévő távolság beállításával, beleértve, de nem kizárólagosan a szigetelést, a ferroelektromosságot, az antiferromágnesességet, az óriási mágneses hatást stb.
"Az anyag elemi összetétele alapján a perovszkitokat nagyjából három kategóriába lehet osztani: komplex fémoxid-perovszkitek, szerves hibrid perovszkitek és szervetlen halogénezett perovszkitek."Luo Jingshan, a Nankai Egyetem Elektronikus Információs és Optikai Mérnöki Karának professzora bemutatta, hogy a fotovoltaikában jelenleg használt kalcium-titanitok általában az utóbbi kettő.
A perovszkit számos területen használható, például földi erőművekben, repülőgépiparban, építőiparban és hordható áramfejlesztő eszközökben.Közülük a fotovoltaikus mező a perovszkit fő alkalmazási területe.A kalcium-titanit szerkezetek jól tervezhetőek és nagyon jó fotovoltaikus teljesítménnyel rendelkeznek, ami az utóbbi években népszerű kutatási irány a fotovoltaikus területen.
A perovszkit iparosodása felgyorsul, és a hazai vállalkozások versengenek az elrendezésért.A jelentések szerint az első 5000 darab kalcium-titánérc modult a Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd.-től szállították;A Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. szintén felgyorsítja a világ legnagyobb, 150 MW-os teljes kalcium-titánérc laminált kísérleti vonalának építését;A Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MW-os kalcium-titánérc fotovoltaikus modul gyártósora elkészült és 2022 decemberében üzembe helyezték, és az éves termelési érték a termelés elérése után elérheti a 300 millió jüant.
A kalcium-titánérc nyilvánvaló előnyökkel rendelkezik a fotovoltaikus iparban
A fotovoltaikus iparban az elmúlt években nagy kereslet mutatkozott a perovszkit iránt.Az ok, amiért „kedvenc” lett a napelemek területén, sajátos adottságaiból fakad.
„Először is, a perovszkit számos kiváló optoelektronikai tulajdonsággal rendelkezik, mint például állítható sávszélesség, nagy abszorpciós együttható, alacsony exciton kötési energia, nagy hordozómobilitás, nagy hibatűrés stb.;másodszor, a perovszkit előkészítési folyamata egyszerű, és áttetsző, ultrakönnyű, ultravékony, rugalmas stb. érhető el. Végül a perovszkit alapanyagok széles körben elérhetőek és bőségesek.Luo Jingshan bemutatta.És a perovszkit elkészítéséhez viszonylag alacsony tisztaságú alapanyagok is szükségesek.
Jelenleg a PV mezőben nagyszámú szilícium alapú napelemet használnak, amelyek monokristályos szilíciumra, polikristályos szilíciumra és amorf szilícium napelemekre oszthatók.A kristályos szilícium cellák elméleti fotoelektromos konverziós pólusa 29,4%, a jelenlegi laboratóriumi környezet pedig maximum 26,7%-ot érhet el, ami nagyon közel van az átalakítás plafonjához;előreláthatólag a technológiai fejlődés marginális nyeresége is egyre kisebb lesz.Ezzel szemben a perovszkit cellák fotovoltaikus konverziós hatékonysága magasabb, 33%-os elméleti pólusértékkel rendelkezik, és ha két perovszkit cellát egymásra helyezünk, akkor az elméleti konverziós hatásfok elérheti a 45%-ot.
A „hatékonyság” mellett egy másik fontos tényező a „költség”.Például az ok, amiért a vékonyfilmes akkumulátorok első generációjának költsége nem csökkenhet, az az, hogy a földön ritka elemeknek számító kadmium és gallium készletei túl kicsik, és ennek eredményeként minél fejlettebb az ipar. Minél nagyobb a kereslet, annál magasabb a termelési költség, és soha nem tudott mainstream termékké válni.A perovszkit alapanyagait nagy mennyiségben terjesztik a földön, és az ára is nagyon olcsó.
Ráadásul a kalcium-titán érc akkumulátorok kalcium-titán érc bevonatának vastagsága mindössze néhány száz nanométer, ami körülbelül 1/500-a a szilícium lapkákénak, ami azt jelenti, hogy az anyag iránti igény nagyon kicsi.Például a kristályos szilícium cellákhoz való szilíciumanyag iránti jelenlegi globális kereslet körülbelül 500 000 tonna évente, és ha mindegyiket perovszkit cellára cserélik, akkor csak körülbelül 1000 tonna perovszkitre lesz szükség.
Ami a gyártási költségeket illeti, a kristályos szilícium cellák 99,9999%-os szilíciumtisztítást igényelnek, ezért a szilíciumot 1400 Celsius-fokra kell felmelegíteni, folyadékba kell olvasztani, körrudakra és szeletekre kell húzni, majd cellákká kell összeszerelni, legalább négy gyárral és kettővel. között három napra, és nagyobb energiafogyasztásra.Ezzel szemben a perovszkit sejtek előállításához csak a perovszkit alapfolyadékot kell felvinni a hordozóra, majd megvárni a kristályosodást.A teljes folyamat csak üveget, ragasztófóliát, perovszkitot és vegyi anyagokat tartalmaz, és egy gyárban is elvégezhető, és a teljes folyamat mindössze 45 percet vesz igénybe.
"A perovszkitból készült napelemek kiváló fotoelektromos konverziós hatásfokkal rendelkeznek, amely jelenleg elérte a 25,7%-ot, és a jövőben felválthatják a hagyományos szilícium alapú napelemeket, hogy a kereskedelmi főárammá váljanak."Luo Jingshan mondta.
Az iparosodás előmozdítása érdekében három fő problémát kell megoldani
A kalcocit iparosodásának előmozdítása során az embereknek még 3 problémát kell megoldaniuk, nevezetesen a kalkocit hosszú távú stabilitását, a nagy terület előkészítését és az ólom toxicitását.
Először is, a perovszkit nagyon érzékeny a környezetre, és olyan tényezők, mint a hőmérséklet, a páratartalom, a fény és az áramkör terhelése a perovszkit lebomlásához és a cella hatékonyságának csökkenéséhez vezethetnek.Jelenleg a legtöbb laboratóriumi perovszkit modul nem felel meg a fotovoltaikus termékekre vonatkozó IEC 61215 nemzetközi szabványnak, és nem éri el a szilícium napelemek 10-20 éves élettartamát sem, így a perovszkit költsége továbbra sem előnyös a hagyományos fotovoltaikus területen.Ráadásul a perovszkit és eszközeinek lebomlási mechanizmusa nagyon összetett, a folyamatnak a terepen nincs nagyon világos megértése, és nincs egységes kvantitatív szabvány sem, ami hátrányosan érinti a stabilitáskutatást.
Egy másik fontos kérdés az, hogy hogyan készítsük elő őket nagy léptékben.Jelenleg, amikor az eszközoptimalizálási vizsgálatokat laboratóriumban végzik, az alkalmazott eszközök effektív fényfelülete általában 1 cm2-nél kisebb, és amikor a nagyméretű alkatrészek kereskedelmi alkalmazási szakaszáról van szó, a laboratóriumi előkészítési módszerek fejlesztésére van szükség. vagy cserélni.A nagy felületű perovszkit fóliák előállítására jelenleg alkalmazott fő módszerek az oldatos módszer és a vákuumpárologtatás.Az oldatmódszerben a prekurzor oldat koncentrációja és aránya, az oldószer típusa, valamint a tárolási idő nagyban befolyásolja a perovskit filmek minőségét.A vákuumos bepárlási módszer jó minőségű és szabályozható perovszkit filmek lerakódását készíti elő, de ismét nehéz jó érintkezést elérni a prekurzorok és a szubsztrátumok között.Ezen túlmenően, mivel a perovszkit eszköz töltésszállító rétegét is nagy területen kell elkészíteni, az ipari termelésben minden réteget folyamatos lerakással gyártósort kell kialakítani.Összességében a perovszkit vékonyrétegek nagy felületű előkészítésének folyamata további optimalizálásra szorul.
Végül az ólom toxicitása is aggodalomra ad okot.A jelenlegi, nagy hatásfokú perovszkit eszközök öregedési folyamata során a perovszkit lebomlik, és szabad ólomionokat és ólommonomereket termel, amelyek az emberi szervezetbe kerülve veszélyesek lesznek az egészségre.
Luo Jingshan úgy véli, hogy az olyan problémák, mint a stabilitás, megoldhatók az eszköz csomagolásával.„Ha a jövőben ez a két probléma megoldódik, van egy kiforrott előkészítési folyamat is, lehet perovszkit eszközöket is áttetsző üveggé készíteni, vagy épületek felületére tenni a fotovoltaikus épületintegráció elérése érdekében, vagy rugalmas összecsukható eszközöket készíteni repülőgép- és űrkutatási célokra. más területeken, hogy a perovszkit a víz és oxigén nélküli űrben maximális szerepet játsszon.”Luo Jingshan bízik a perovszkit jövőjében.
Feladás időpontja: 2023.04.15