В фотоэлектрической промышленности перовскит в последние годы пользуется большим спросом.Причина, по которой он стал «фаворитом» в области солнечных батарей, заключается в его уникальных условиях.Кальциево-титановая руда обладает множеством превосходных фотоэлектрических свойств, простым процессом приготовления, а также широким спектром сырья и богатым содержанием.Кроме того, перовскит также может использоваться в наземных электростанциях, авиации, строительстве, портативных устройствах для генерации энергии и во многих других областях.
21 марта газета Ningde Times подала заявку на патент на «солнечный элемент из титанита кальция, метод его изготовления и устройство питания».В последние годы, при поддержке внутренней политики и мер, кальциево-титановая рудная промышленность, представленная солнечными элементами из кальциево-титановой руды, добилась больших успехов.Так что же такое перовскит?Как идет индустриализация перовскита?Какие проблемы еще предстоит решить?Репортер Science and Technology Daily взял интервью у соответствующих экспертов.
Перовскит не является ни кальцием, ни титаном.
Так называемые перовскиты — это не кальций и не титан, а общий термин для класса «керамических оксидов» с одинаковой кристаллической структурой и молекулярной формулой ABX3.A означает «катион большого радиуса», B — «катион металла», а X — «анион галогена».A означает «катион большого радиуса», B означает «катион металла», а X означает «анион галогена».Эти три иона могут проявлять множество удивительных физических свойств за счет расположения различных элементов или регулирования расстояния между ними, включая, помимо прочего, изоляцию, сегнетоэлектричество, антиферромагнетизм, гигантский магнитный эффект и т. д.
«По элементному составу материала перовскиты можно условно разделить на три категории: перовскиты со сложными оксидами металлов, органические гибридные перовскиты и неорганические галогенированные перовскиты».Ло Цзиншань, профессор Школы электронной информации и оптической инженерии Нанкайского университета, сообщил, что титаниты кальция, которые сейчас используются в фотоэлектрических устройствах, обычно представляют собой два последних типа.
Перовскит может использоваться во многих областях, таких как наземные электростанции, аэрокосмическая промышленность, строительство и портативные устройства для производства электроэнергии.Среди них фотоэлектрическая область является основной областью применения перовскита.Структуры из титанита кальция легко проектируются и обладают очень хорошими фотоэлектрическими характеристиками, что в последние годы является популярным направлением исследований в фотоэлектрической области.
Индустриализация перовскита ускоряется, и за месторождение конкурируют отечественные предприятия.Сообщается, что первые 5000 модулей из кальциево-титановой руды были отправлены компанией Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd;Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. также ускоряет строительство крупнейшей в мире пилотной линии по производству ламинированной кальциево-титановой руды мощностью 150 МВт;Компания Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. Линия по производству фотоэлектрических модулей из кальциево-титановой руды мощностью 150 МВт была завершена и введена в эксплуатацию в декабре 2022 года, а годовой объем производства может достичь 300 миллионов юаней после выхода на производство.
Кальций-титановая руда имеет очевидные преимущества в фотоэлектрической промышленности.
В фотоэлектрической промышленности перовскит в последние годы пользуется большим спросом.Причина, по которой он стал «фаворитом» в области солнечных батарей, кроется в его уникальных условиях.
«Во-первых, перовскит обладает множеством превосходных оптоэлектронных свойств, таких как регулируемая запрещенная зона, высокий коэффициент поглощения, низкая энергия связи экситонов, высокая подвижность носителей, высокая устойчивость к дефектам и т. д.;во-вторых, процесс получения перовскита прост и позволяет добиться полупрозрачности, сверхлегкости, ультратонкости, гибкости и т. д. Наконец, перовскитное сырье широко доступно и в изобилии».Ло Цзиншань представился.А для приготовления перовскита также требуется сравнительно невысокая чистота сырья.
В настоящее время в фотоэлектрической области используется большое количество солнечных элементов на основе кремния, которые можно разделить на солнечные элементы из монокристаллического кремния, поликристаллического кремния и солнечных элементов из аморфного кремния.Теоретический полюс фотоэлектрического преобразования кристаллических кремниевых ячеек составляет 29,4%, а текущие лабораторные условия могут достигать максимума 26,7%, что очень близко к потолку преобразования;можно предвидеть, что предельный выигрыш от технологических усовершенствований также будет становиться все меньше и меньше.Напротив, эффективность фотоэлектрического преобразования перовскитных элементов имеет более высокое теоретическое полюсное значение - 33%, а если два перовскитных элемента сложены вместе вверх и вниз, теоретическая эффективность преобразования может достигать 45%.
Помимо «эффективности», еще одним важным фактором является «стоимость».Например, причина, по которой стоимость тонкопленочных аккумуляторов первого поколения не может снизиться, заключается в том, что запасы кадмия и галлия, которые являются редкими элементами на земле, слишком малы, и, как следствие, чем более развита промышленность То есть, чем больше спрос, тем выше себестоимость производства, и он никогда не мог стать массовым продуктом.Сырье перовскита распространено на земле в больших количествах, а цена очень низкая.
Кроме того, толщина кальциево-титанового рудного покрытия для кальциево-титановых рудных батарей составляет всего несколько сотен нанометров, что составляет примерно 1/500 толщины кремниевых пластин, а это означает, что потребность в материале очень мала.Например, текущая мировая потребность в кремниевом материале для кристаллических кремниевых элементов составляет около 500 000 тонн в год, и если все их заменить перовскитными элементами, потребуется всего около 1000 тонн перовскита.
С точки зрения производственных затрат, кристаллические кремниевые элементы требуют очистки кремния до 99,9999%, поэтому кремний необходимо нагреть до 1400 градусов по Цельсию, расплавить в жидкость, вытянуть в круглые стержни и пластинки, а затем собрать в элементы, используя как минимум четыре завода и два до трех дней между ними и большее потребление энергии.Напротив, для производства ячеек перовскита необходимо только нанести базовую жидкость перовскита на подложку и затем дождаться кристаллизации.Весь процесс включает в себя только стекло, клейкую пленку, перовскит и химические материалы и может быть выполнен на одном заводе, а весь процесс занимает всего около 45 минут.
«Солнечные элементы, изготовленные из перовскита, обладают превосходной эффективностью фотоэлектрического преобразования, которая на данном этапе достигла 25,7%, и в будущем могут заменить традиционные солнечные элементы на основе кремния и стать коммерческим основным направлением».Сказал Ло Цзиншань.
Есть три основные проблемы, которые необходимо решить для содействия индустриализации.
Для продвижения индустриализации халькоцита людям все еще необходимо решить 3 проблемы, а именно: долгосрочная стабильность халькоцита, подготовка больших площадей и токсичность свинца.
Во-первых, перовскит очень чувствителен к окружающей среде, и такие факторы, как температура, влажность, свет и нагрузка на цепь, могут привести к разложению перовскита и снижению эффективности элемента.В настоящее время большинство лабораторных перовскитных модулей не соответствуют международному стандарту IEC 61215 для фотоэлектрических продуктов и не достигают 10-20-летнего срока службы кремниевых солнечных элементов, поэтому стоимость перовскита по-прежнему не является выгодной в традиционной фотоэлектрической области.Кроме того, механизм деградации перовскита и его устройств очень сложен, и нет ни четкого понимания процесса в полевых условиях, ни единого количественного стандарта, что вредно для исследований стабильности.
Другой важный вопрос – как подготовить их в больших масштабах.В настоящее время, когда в лаборатории проводятся исследования по оптимизации устройств, эффективная световая площадь используемых устройств обычно составляет менее 1 см2, а когда дело доходит до стадии коммерческого применения крупномасштабных компонентов, методы лабораторной подготовки нуждаются в совершенствовании. или заменить.Основными методами, применимыми в настоящее время для получения перовскитных пленок большой площади, являются метод растворения и метод вакуумного испарения.В растворном методе большое влияние на качество перовскитных пленок оказывают концентрация и соотношение раствора-прекурсора, тип растворителя и время хранения.Метод вакуумного испарения обеспечивает качественное и контролируемое осаждение перовскитных пленок, но опять же трудно добиться хорошего контакта между прекурсорами и подложками.Кроме того, поскольку слой переноса заряда перовскитного устройства также необходимо подготовить на большой площади, в промышленном производстве необходимо создать производственную линию с непрерывным нанесением каждого слоя.В целом процесс получения тонких пленок перовскита большой площади все еще нуждается в дальнейшей оптимизации.
Наконец, токсичность свинца также вызывает обеспокоенность.В процессе старения современных высокоэффективных перовскитных устройств перовскит будет разлагаться с образованием свободных ионов свинца и мономеров свинца, которые будут опасны для здоровья при попадании в организм человека.
Ло Цзиншань считает, что такие проблемы, как стабильность, можно решить с помощью упаковки устройства.«Если в будущем эти две проблемы будут решены, то также будет разработан зрелый процесс подготовки, из которого можно будет также превращать перовскитовые устройства в полупрозрачное стекло или размещать их на поверхности зданий для достижения интеграции фотоэлектрических зданий или превращать в гибкие складные устройства для аэрокосмической и аэрокосмической промышленности. другие поля, так что перовскит в космосе без водной и кислородной среды будет играть максимальную роль».Ло Цзиншань уверен в будущем перовскита.
Время публикации: 15 апреля 2023 г.