A la indústria fotovoltaica, Perovskite ha estat la demanda calenta en els darrers anys. La raó per la qual ha sorgit com a "favorit" en el camp de les cèl·lules solars es deu a les seves condicions úniques. El mineral de titani de calci té moltes propietats fotovoltaiques excel·lents, procés de preparació senzilla i una àmplia gamma de matèries primeres i contingut abundant. A més, la perovskita també es pot utilitzar en centrals elèctriques terrestres, aviació, construcció, dispositius de generació d’energia que es poden portar i molts altres camps.
El 21 de març, Ningde Times va sol·licitar la patent de "Cèl·lula solar de titanita de calci i el seu mètode de preparació i dispositiu de potència". En els darrers anys, amb el suport de polítiques i mesures domèstiques, la indústria del mineral de titani de calci, representada per les cèl·lules solars de mineral de calci, ha fet grans avenços. Llavors, què és perovskita? Com és la industrialització de la perovskita? Quins reptes encara s’enfronten? El periodista diari de ciències i tecnologies va entrevistar els experts rellevants.
La perovskita no és ni calci ni titani.
Els anomenats perovskites no són ni calci ni titani, sinó un terme genèric per a una classe de "òxids ceràmics" amb la mateixa estructura de cristall, amb la fórmula molecular ABX3. A significa "gran catió de radi", b per "catió metàl·lic" i x per a "anió halògena". El "catió gran radi", B significa "catió metàl·lic" i X significa "halogen anion". Aquests tres ions poden mostrar moltes propietats físiques sorprenents mitjançant la disposició de diferents elements o ajustant la distància entre ells, incloent -hi, però sense limitar -se a l’aïllament, la ferroelectricitat, l’antiferromagnetisme, l’efecte magnètic gegant, etc.
"Segons la composició elemental del material, els perovskites es poden dividir aproximadament en tres categories: perovskites d'òxids metàl·lics complexos, perovskites híbrides orgàniques i perovskites halogenades inorgàniques." Luo Jingshan, professor de l'Escola d'Informació Electrònica de la Universitat de Nankai, va introduir que els titanites de calci que ara s'utilitzen en fotovoltaics solen ser els dos últims.
La perovskita es pot utilitzar en molts camps com ara centrals elèctriques terrestres, aeroespacials, construcció i dispositius de generació d’energia que es poden portar. Entre ells, el camp fotovoltaic és l’àrea d’aplicació principal de la perovskita. Les estructures de titanita de calci són altament dissenyables i tenen un bon rendiment fotovoltaic, que és una direcció de recerca popular en el camp fotovoltaic dels darrers anys.
La industrialització de la perovskita està accelerant i les empreses domèstiques competeixen pel disseny. Es informa que els primers 5.000 peces de mòduls de mineral de titani de calci enviats des de Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. també està accelerant la construcció de la línia pilot de titanium de titanium de 150 mW de 150 mW del món; Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MW Mòdul Photovoltaic Mòdul de mineral de mineral de calci S'ha completat i posat en funcionament el desembre de 2022 i el valor anual de sortida pot arribar als 300 milions de iuan després d'arribar a la producció.
El mineral de titani de calci té avantatges evidents en la indústria fotovoltaica
A la indústria fotovoltaica, Perovskite ha estat la demanda calenta en els darrers anys. La raó per la qual ha sorgit com a "favorit" en el camp de les cèl·lules solars es deu a les seves condicions úniques.
“En primer lloc, la perovskita té nombroses propietats optoelectròniques excel·lents, com ara la bretxa de banda regulable, el coeficient d’absorció elevat, la baixa energia d’unió a l’excitó, la mobilitat d’alta transportista, la tolerància elevada de defectes, etc .; En segon lloc, el procés de preparació de la perovskita és senzill i pot aconseguir translucència, ultradretesa, ultracinitat, flexibilitat, etc. Finalment, les matèries primeres perovskites són àmpliament disponibles i abundants. " Luo Jingshan va presentar. I la preparació de perovskita també requereix una puresa relativament baixa de les matèries primeres.
Actualment, el camp fotovoltaic utilitza un gran nombre de cèl·lules solars basades en silici, que es poden dividir en silici monocristal·lí, silici policristal·lí i cèl·lules solars de silici amorf. El pol fotoelèctric teòric de les cèl·lules de silici cristal·lí és del 29,4%i l’entorn de laboratori actual pot arribar a un màxim del 26,7%, que està molt a prop del sostre de la conversió; Es preveu que el guany marginal de millora tecnològica també es faci més petit i petit. En canvi, l’eficiència de conversió fotovoltaica de les cèl·lules perovskites té un valor de pol teòric més elevat del 33%, i si dues cèl·lules perovskites s’apilen amunt i avall, l’eficiència de la conversió teòrica pot arribar al 45%.
A més de la "eficiència", un altre factor important és el "cost". Per exemple, la raó per la qual el cost de la primera generació de bateries de pel·lícules primes no es pot reduir és que les reserves de Cadmium i Gallium, que són elements rars a la Terra, són massa petites i, per tant, més desenvolupada és la indústria és, com més gran sigui la demanda, més gran és el cost de la producció i mai no ha estat capaç de convertir -se en un producte principal. Les matèries primeres de Perovskite es distribueixen en grans quantitats a la terra i el preu també és molt barat.
A més, el gruix del recobriment de mineral de calci-titani per a les bateries de mineral de titani de calci és només d’uns pocs centenars de nanòmetres, aproximadament 1/500è de les hòsties de silici, cosa que significa que la demanda del material és molt petita. Per exemple, la demanda global actual de material de silici per a les cèl·lules de silici cristal·lí és d’unes 500.000 tones a l’any, i si es substitueixen totes per cèl·lules perovskites, només caldrà unes 1.000 tones de perovskita.
Pel que fa als costos de fabricació, les cèl·lules de silici cristal·lines requereixen purificació de silici fins al 99.9999%, de manera que el silici s’ha d’escalfar a 1400 graus centígrad fins a tres dies entremig i un major consum d’energia. En canvi, per a la producció de cèl·lules perovskites, només cal aplicar el líquid base perovskita al substrat i després esperar a la cristal·lització. Tot el procés només inclou vidres, pel·lícules adhesives, perovskita i materials químics, i es pot completar en una fàbrica i tot el procés només triga uns 45 minuts.
"Les cèl·lules solars preparades a partir de perovskita tenen una excel·lent eficiència de conversió fotoelèctrica, que ha arribat al 25,7% en aquesta fase i pot substituir les cèl·lules solars tradicionals basades en silici en el futur per convertir-se en el corrent comercial." Va dir Luo Jingshan.
Hi ha tres problemes importants que cal resoldre per promoure la industrialització
En avançar en la industrialització del calcocit, les persones encara han de resoldre 3 problemes, és a dir, l'estabilitat a llarg termini del calcocita, la gran preparació d'àrea i la toxicitat del plom.
En primer lloc, la perovskita és molt sensible al medi ambient, i factors com la temperatura, la humitat, la llum i la càrrega del circuit poden conduir a la descomposició de perovskita i a la reducció de l’eficiència cel·lular. Actualment, la majoria de mòduls perovskites de laboratori no compleixen la norma internacional IEC 61215 per a productes fotovoltaics, ni arriben a la vida de 10 a 20 anys de les cèl·lules solars de silici, de manera que el cost de la perovskita encara no és avantatjós en el camp fotovoltaic tradicional. A més, el mecanisme de degradació de la perovskita i els seus dispositius és molt complex, i no hi ha una comprensió molt clara del procés al camp, ni hi ha un estàndard quantitatiu unificat, perjudicial per a la investigació d’estabilitat.
Un altre dels principals problemes és com preparar -los a gran escala. Actualment, quan els estudis d’optimització de dispositius es realitzen al laboratori, l’àrea de llum efectiva dels dispositius utilitzats sol ser inferior a 1 cm2 i, quan es tracta de l’etapa d’aplicació comercial de components a gran escala, cal millorar els mètodes de preparació del laboratori o substituït. Els mètodes principals que actualment s’apliquen a la preparació de pel·lícules perovskites de gran àrea són el mètode de solució i el mètode d’evaporació de buit. En el mètode de solució, la concentració i la relació de la solució precursora, el tipus de dissolvent i el temps d’emmagatzematge tenen un gran impacte en la qualitat de les pel·lícules perovskites. El mètode d’evaporació de buit prepara una deposició de bona qualitat i controlable de pel·lícules perovskites, però és de nou aconseguir un bon contacte entre els precursors i els substrats. A més, com que la capa de transport de càrrega del dispositiu Perovskite també ha de ser preparada en una àrea gran, cal establir una línia de producció amb deposició contínua de cada capa en la producció industrial. En general, el procés de preparació de grans àrees de pel·lícules primes perovskites encara necessita més optimització.
Finalment, la toxicitat del plom també és una qüestió de preocupació. Durant el procés d’envelliment dels dispositius perovskites d’alta eficiència actuals, la perovskita es descompondrà per produir ions de plom lliures i monòmers de plom, que seran perillosos per a la salut un cop entrin al cos humà.
Luo Jingshan creu que els envasos de dispositius es poden resoldre problemes com l'estabilitat. "Si en el futur, aquests dos problemes es resolen, també hi ha un procés de preparació madura, també pot convertir els dispositius perovskites en vidre translúcid Altres camps, de manera que la perovskita a l'espai sense entorn d'aigua i oxigen té un paper màxim. " Luo Jingshan confia en el futur de Perovskite.
Hora de publicació: 15-2023 d'abril