Dalam industri fotovoltaik, perovskite telah mendapat permintaan hangat sejak beberapa tahun kebelakangan ini. Sebab mengapa ia telah muncul sebagai "kegemaran" dalam bidang sel solar adalah kerana keadaannya yang unik. Bijih kalsium titanium mempunyai banyak sifat fotovoltaik yang sangat baik, proses penyediaan yang mudah, dan pelbagai bahan mentah dan kandungan yang banyak. Di samping itu, perovskite juga boleh digunakan dalam loji kuasa darat, penerbangan, pembinaan, peranti penjanaan kuasa boleh pakai dan banyak lagi bidang lain.
Pada 21 Mac, Ningde Times memohon paten "sel solar kalsium titanit dan kaedah penyediaannya serta peranti kuasa". Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, dengan sokongan dasar dan langkah domestik, industri bijih kalsium-titanium, yang diwakili oleh sel solar bijih kalsium-titanium, telah mencapai kemajuan yang besar. Jadi apakah perovskite? Bagaimanakah perindustrian perovskit? Apakah cabaran yang masih dihadapi? Wartawan Harian Sains dan Teknologi menemu bual pakar berkaitan.
Perovskite bukan kalsium mahupun titanium.
Apa yang dipanggil perovskit bukanlah kalsium atau titanium, tetapi istilah generik untuk kelas "oksida seramik" dengan struktur kristal yang sama, dengan formula molekul ABX3. A bermaksud "kation jejari besar", B untuk "kation logam" dan X untuk "anion halogen". A bermaksud "kation jejari besar", B bermaksud "kation logam" dan X bermaksud "anion halogen". Ketiga-tiga ion ini boleh mempamerkan banyak sifat fizikal yang menakjubkan melalui susunan unsur yang berbeza atau dengan melaraskan jarak antara mereka, termasuk tetapi tidak terhad kepada penebat, ferroelektrik, antiferromagnetisme, kesan magnet gergasi, dll.
"Menurut komposisi unsur bahan, perovskit boleh dibahagikan secara kasar kepada tiga kategori: perovskit oksida logam kompleks, perovskit hibrid organik, dan perovskit halogen tak organik." Luo Jingshan, seorang profesor di Sekolah Maklumat Elektronik dan Kejuruteraan Optik Universiti Nankai, memperkenalkan bahawa kalsium titanit yang kini digunakan dalam fotovoltaik biasanya adalah dua yang terakhir.
perovskite boleh digunakan dalam banyak bidang seperti loji kuasa darat, aeroangkasa, pembinaan, dan peranti penjanaan kuasa boleh pakai. Antaranya, medan fotovoltaik adalah kawasan aplikasi utama perovskit. Struktur kalsium titanit sangat sesuai dan mempunyai prestasi fotovoltaik yang sangat baik, yang merupakan hala tuju penyelidikan yang popular dalam bidang fotovoltaik sejak beberapa tahun kebelakangan ini.
Perindustrian perovskite semakin pantas, dan perusahaan domestik bersaing untuk susun atur. Dilaporkan bahawa 5,000 keping pertama modul bijih kalsium titanium dihantar dari Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. juga sedang mempercepatkan pembinaan barisan perintis berlamina bijih titanium kalsium penuh 150 MW terbesar di dunia; Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. Barisan pengeluaran modul fotovoltaik bijih kalsium-titanium 150 MW telah siap dan mula beroperasi pada Disember 2022, dan nilai keluaran tahunan boleh mencecah 300 juta yuan selepas mencapai pengeluaran.
Bijih kalsium titanium mempunyai kelebihan yang jelas dalam industri fotovoltaik
Dalam industri fotovoltaik, perovskite telah mendapat permintaan hangat sejak beberapa tahun kebelakangan ini. Sebab mengapa ia telah muncul sebagai "kegemaran" dalam bidang sel solar adalah disebabkan oleh keadaannya yang tersendiri.
“Pertama sekali, perovskite mempunyai banyak sifat optoelektronik yang sangat baik, seperti jurang jalur boleh laras, pekali penyerapan tinggi, tenaga pengikat exciton yang rendah, mobiliti pembawa yang tinggi, toleransi kecacatan yang tinggi, dsb.; kedua, proses penyediaan perovskite adalah mudah dan boleh mencapai lut sinar, ultra-ringan, ultra-nipis, fleksibiliti, dan lain-lain. Akhir sekali, bahan mentah perovskite boleh didapati secara meluas dan melimpah. Luo Jingshan memperkenalkan. Dan penyediaan perovskite juga memerlukan ketulenan bahan mentah yang agak rendah.
Pada masa ini, medan PV menggunakan sejumlah besar sel suria berasaskan silikon, yang boleh dibahagikan kepada silikon monohablur, silikon polihablur, dan sel suria silikon amorf. Tiang penukaran fotoelektrik teori sel silikon kristal ialah 29.4%, dan persekitaran makmal semasa boleh mencapai maksimum 26.7%, yang sangat dekat dengan siling penukaran; adalah diramalkan bahawa keuntungan marginal peningkatan teknologi juga akan menjadi lebih kecil dan lebih kecil. Sebaliknya, kecekapan penukaran fotovoltaik sel perovskite mempunyai nilai kutub teori yang lebih tinggi sebanyak 33%, dan jika dua sel perovskit disusun ke atas dan ke bawah bersama-sama, kecekapan penukaran teori boleh mencapai 45%.
Sebagai tambahan kepada "kecekapan", satu lagi faktor penting ialah "kos". Sebagai contoh, sebab mengapa kos bateri filem nipis generasi pertama tidak dapat diturunkan ialah rizab kadmium dan galium, yang merupakan unsur-unsur yang jarang berlaku di bumi, adalah terlalu kecil, dan akibatnya, industri semakin maju. ialah, lebih besar permintaan, lebih tinggi kos pengeluaran, dan ia tidak pernah dapat menjadi produk arus perdana. Bahan mentah perovskite diedarkan dalam kuantiti yang banyak di bumi, dan harganya juga sangat murah.
Di samping itu, ketebalan salutan bijih kalsium-titanium untuk bateri bijih kalsium-titanium hanya beberapa ratus nanometer, kira-kira 1/500 daripada wafer silikon, yang bermaksud bahawa permintaan untuk bahan itu sangat kecil. Sebagai contoh, permintaan global semasa untuk bahan silikon untuk sel silikon kristal adalah kira-kira 500,000 tan setahun, dan jika kesemuanya digantikan dengan sel perovskite, hanya kira-kira 1,000 tan perovskite akan diperlukan.
Dari segi kos pembuatan, sel silikon kristal memerlukan penulenan silikon hingga 99.9999%, jadi silikon mesti dipanaskan hingga 1400 darjah Celsius, dicairkan menjadi cecair, ditarik ke dalam batang bulat dan kepingan, dan kemudian dipasang ke dalam sel, dengan sekurang-kurangnya empat kilang dan dua hingga tiga hari di antaranya, dan penggunaan tenaga yang lebih besar. Sebaliknya, untuk penghasilan sel perovskit, hanya perlu menggunakan cecair asas perovskit ke substrat dan kemudian menunggu penghabluran. Keseluruhan proses hanya melibatkan kaca, filem pelekat, perovskit dan bahan kimia, dan boleh disiapkan dalam satu kilang, dan keseluruhan proses hanya mengambil masa kira-kira 45 minit.
"Sel solar yang disediakan daripada perovskite mempunyai kecekapan penukaran fotoelektrik yang sangat baik, yang telah mencapai 25.7% pada peringkat ini, dan mungkin menggantikan sel solar berasaskan silikon tradisional pada masa hadapan untuk menjadi arus perdana komersial." Luo Jingshan berkata.
Terdapat tiga masalah utama yang perlu diselesaikan untuk menggalakkan perindustrian
Dalam memajukan perindustrian kalkosit, orang ramai masih perlu menyelesaikan 3 masalah iaitu kestabilan jangka panjang kalkosit, penyediaan kawasan yang luas dan ketoksikan plumbum.
Pertama, perovskite sangat sensitif terhadap alam sekitar, dan faktor seperti suhu, kelembapan, cahaya, dan beban litar boleh menyebabkan penguraian perovskit dan pengurangan kecekapan sel. Pada masa ini kebanyakan modul perovskite makmal tidak memenuhi piawaian antarabangsa IEC 61215 untuk produk fotovoltaik, dan juga tidak mencapai jangka hayat sel suria silikon selama 10-20 tahun, jadi kos perovskit masih tidak menguntungkan dalam medan fotovoltaik tradisional. Di samping itu, mekanisme degradasi perovskite dan perantinya adalah sangat kompleks, dan tidak ada pemahaman yang sangat jelas tentang proses di lapangan, dan tiada piawaian kuantitatif bersatu, yang memudaratkan penyelidikan kestabilan.
Satu lagi isu utama ialah bagaimana menyediakannya secara besar-besaran. Pada masa ini, apabila kajian pengoptimuman peranti dilakukan di makmal, kawasan cahaya berkesan peranti yang digunakan biasanya kurang daripada 1 cm2, dan apabila ia sampai ke peringkat penggunaan komersil komponen berskala besar, kaedah penyediaan makmal perlu dipertingkatkan. atau diganti. Kaedah utama yang digunakan pada masa ini untuk penyediaan filem perovskit kawasan besar ialah kaedah penyelesaian dan kaedah penyejatan vakum. Dalam kaedah penyelesaian, kepekatan dan nisbah larutan prekursor, jenis pelarut, dan masa penyimpanan mempunyai kesan yang besar terhadap kualiti filem perovskit. Kaedah penyejatan vakum menyediakan kualiti yang baik dan pemendapan filem perovskit yang boleh dikawal, tetapi sekali lagi sukar untuk mencapai sentuhan yang baik antara prekursor dan substrat. Di samping itu, kerana lapisan pengangkutan cas peranti perovskite juga perlu disediakan di kawasan yang luas, barisan pengeluaran dengan pemendapan berterusan setiap lapisan perlu diwujudkan dalam pengeluaran perindustrian. Secara keseluruhannya, proses penyediaan kawasan besar bagi filem nipis perovskit masih memerlukan pengoptimuman selanjutnya.
Akhir sekali, ketoksikan plumbum juga menjadi isu yang membimbangkan. Semasa proses penuaan peranti perovskit berkecekapan tinggi semasa, perovskit akan terurai untuk menghasilkan ion plumbum bebas dan monomer plumbum, yang akan berbahaya kepada kesihatan apabila ia memasuki tubuh manusia.
Luo Jingshan percaya bahawa masalah seperti kestabilan boleh diselesaikan dengan pembungkusan peranti. “Jika pada masa hadapan, kedua-dua masalah ini diselesaikan, terdapat juga proses penyediaan yang matang, juga boleh menjadikan peranti perovskite menjadi kaca lut sinar atau melakukan pada permukaan bangunan untuk mencapai integrasi bangunan fotovoltaik, atau dijadikan peranti boleh lipat fleksibel untuk aeroangkasa dan bidang lain, supaya perovskit di angkasa tanpa air dan persekitaran oksigen memainkan peranan maksimum." Luo Jingshan yakin tentang masa depan perovskite.
Masa siaran: Apr-15-2023