A la indústria fotovoltaica, la perovskita ha tingut una gran demanda en els últims anys.El motiu pel qual s'ha convertit en el "preferit" en el camp de les cèl·lules solars es deu a les seves condicions úniques.El mineral de calci de titani té moltes propietats fotovoltaiques excel·lents, un procés de preparació senzill i una àmplia gamma de matèries primeres i un contingut abundant.A més, la perovskita també es pot utilitzar en centrals elèctriques terrestres, aviació, construcció, dispositius de generació d'energia portàtils 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 d'alimentació".En els darrers anys, amb el suport de polítiques i mesures nacionals, la indústria del mineral de calci-titani, representada per cèl·lules solars de mineral de calci-titani, ha fet grans avenços.Aleshores, què és la perovskita?Com és la industrialització de la perovskita?Quins reptes encara s'enfronten?Ciència i tecnologia periodista diari va entrevistar els experts rellevants.
La perovskita no és ni calci ni titani.
Les anomenades perovskites no són ni calci ni titani, sinó un terme genèric per a una classe d'"òxids ceràmics" amb la mateixa estructura cristal·lina, amb la fórmula molecular ABX3.A significa "catió de gran radi", B per "catió metàl·lic" i X per "anió halògen".A significa "catió de gran radi", B significa "catió metàl·lic" i X significa "anió halogen".Aquests tres ions poden presentar moltes propietats físiques sorprenents mitjançant la disposició de diferents elements o ajustant la distància entre ells, incloent però no limitat a l'aïllament, ferroelectricitat, antiferromagnetisme, efecte magnètic gegant, etc.
"Segons la composició elemental del material, les perovskites es poden dividir aproximadament en tres categories: perovskites d'òxid metàl·lic complex, perovskites híbrides orgàniques i perovskites halogenades inorgàniques".Luo Jingshan, professor de l'Escola d'Informació Electrònica i Enginyeria Òptica de la Universitat de Nankai, va introduir que les titanites de calci que s'utilitzen ara a la fotovoltaica solen ser les dues darreres.
La perovskita es pot utilitzar en molts camps, com ara centrals elèctriques terrestres, aeroespacial, construcció i dispositius de generació d'energia portàtils.Entre ells, el camp fotovoltaic és la principal àrea d'aplicació de la perovskita.Les estructures de titanita de calci són molt dissenyables i tenen un rendiment fotovoltaic molt bo, que és una direcció de recerca popular en el camp fotovoltaic en els darrers anys.
La industrialització de la perovskita s'està accelerant i les empreses nacionals competeixen pel disseny.S'informa que les primeres 5.000 peces de mòduls de mineral de titani de calci enviades des de Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd;Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. també està accelerant la construcció de la línia pilot de laminat de mineral de titani de calci complet de 150 MW més gran del món;Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. La línia de producció de mòduls fotovoltaics de mineral de calci i titani de 150 MW s'ha completat i posat en funcionament el desembre de 2022, i el valor de producció anual pot arribar als 300 milions de iuans després d'arribar a la producció.
El mineral de calci de titani té avantatges evidents en la indústria fotovoltaica
A la indústria fotovoltaica, la perovskita ha tingut una gran demanda en els últims anys.El motiu pel qual s'ha convertit en el "preferit" en el camp de les cèl·lules solars es deu a les seves pròpies condicions úniques.
"En primer lloc, la perovskita té nombroses propietats optoelectròniques excel·lents, com ara un interval de banda ajustable, un alt coeficient d'absorció, una baixa energia d'unió de l'excitó, una gran mobilitat del portador, una alta tolerància als defectes, etc.;en segon lloc, el procés de preparació de la perovskita és senzill i pot aconseguir translucidència, ultralleugeresa, ultra finesa, flexibilitat, etc. Finalment, les matèries primeres de perovskita són àmpliament disponibles i abundants".va presentar Luo Jingshan.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 cèl·lules solars de silici monocristal·lí, silici policristalí i silici amorf.El pol teòric de conversió fotoelèctrica de les cèl·lules de silici cristal·lí és del 29,4% i l'entorn actual del laboratori pot arribar a un màxim del 26,7%, molt a prop del sostre de conversió;és previsible que el guany marginal de la millora tecnològica també serà cada cop més petit.En canvi, l'eficiència de conversió fotovoltaica de les cèl·lules de perovskita té un valor de pol teòric més alt del 33%, i si dues cèl·lules de perovskita s'apilen junts, l'eficiència de conversió teòrica pot arribar al 45%.
A més de l'"eficiència", un altre factor important és el "cost".Per exemple, la raó per la qual no es pot reduir el cost de la primera generació de bateries de pel·lícula fina és que les reserves de cadmi i gal·li, que són elements rars a la terra, són massa petites i, com a resultat, més desenvolupada és la indústria. és a dir, com més gran és la demanda, més alt és el cost de producció, i mai ha pogut convertir-se en un producte convencional.Les matèries primeres de la perovskita 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 i titani per a bateries de mineral de calci i titani és de només uns pocs centenars de nanòmetres, aproximadament 1/500 del de les hòsties de silici, la qual cosa significa que la demanda del material és molt petita.Per exemple, la demanda global actual de material de silici per a cèl·lules de silici cristal·lí és d'unes 500.000 tones anuals, i si totes elles es substitueixen per cèl·lules de perovskita, només es necessitaran unes 1.000 tones de perovskita.
Pel que fa als costos de fabricació, les cèl·lules de silici cristal·lí requereixen una purificació de silici al 99,9999%, de manera que el silici s'ha d'escalfar a 1400 graus centígrads, fondre's en líquid, arrossegar-se en barres rodones i rodanxes i després muntar-se en cèl·lules, amb almenys quatre fàbriques i dues a tres dies entremig, i major consum d'energia.En canvi, per a la producció de cèl·lules de perovskita, només cal aplicar el líquid de base de perovskita al substrat i després esperar la cristal·lització.Tot el procés només inclou vidre, pel·lícula adhesiva, 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 etapa, i poden substituir les cèl·lules solars tradicionals basades en silici en el futur per convertir-se en el corrent comercial principal".va dir Luo Jingshan.
Hi ha tres grans problemes que cal resoldre per promoure la industrialització
Per avançar en la industrialització de la calcocita, la gent encara ha de resoldre 3 problemes, a saber, l'estabilitat a llarg termini de la calcocita, la preparació d'una gran superfície 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 provocar la descomposició de la perovskita i la reducció de l'eficiència cel·lular.Actualment, la majoria dels mòduls de perovskita de laboratori no compleixen l'estàndard internacional IEC 61215 per a productes fotovoltaics, ni arriben als 10-20 anys de vida útil 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 en el camp, ni hi ha un estàndard quantitatiu unificat, que perjudiqui la investigació de l'estabilitat.
Un altre tema important és com preparar-los a gran escala.Actualment, quan es realitzen estudis d'optimització de dispositius 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 principals mètodes aplicables actualment a la preparació de pel·lícules de perovskita de gran superfície són el mètode de solució i el mètode d'evaporació al buit.En el mètode de solució, la concentració i la proporció de la solució precursora, el tipus de dissolvent i el temps d'emmagatzematge tenen un gran impacte en la qualitat de les pel·lícules de perovskita.El mètode d'evaporació al buit prepara una bona qualitat i una deposició controlable de pel·lícules de perovskita, però de nou és difícil aconseguir un bon contacte entre precursors i substrats.A més, com que la capa de transport de càrrega del dispositiu de perovskita també s'ha de preparar en una gran àrea, s'ha d'establir una línia de producció amb deposició contínua de cada capa en la producció industrial.En general, el procés de preparació d'una gran àrea de pel·lícules primes de perovskita encara necessita una optimització addicional.
Finalment, la toxicitat del plom també és un tema preocupant.Durant el procés d'envelliment dels actuals dispositius de perovskita d'alta eficiència, la perovskita es descompondrà per produir ions de plom lliures i monòmers de plom, que seran perillosos per a la salut un cop ingressin al cos humà.
Luo Jingshan creu que problemes com l'estabilitat es poden resoldre mitjançant l'embalatge del dispositiu."Si en el futur, aquests dos problemes es resolen, també hi ha un procés de preparació madur, també es pot convertir els dispositius de perovskita en vidre translúcid o fer-ho a la superfície dels edificis per aconseguir la integració de l'edifici fotovoltaic, o convertir-los en dispositius plegables flexibles per a l'aeronàutica i altres camps, de manera que la perovskita a l'espai sense aigua i entorn d'oxigen jugui un paper màxim".Luo Jingshan confia en el futur de la perovskita.
Hora de publicació: 15-abril-2023