Fotogalvaanilises tööstuses on perovskiit viimastel aastatel olnud kuum nõudlus. Põhjus, miks see päikesepatareide valdkonnas "lemmikuks" on tõusnud, tuleneb selle ainulaadsetest tingimustest. Kaltsiumtitaanimaagil on palju suurepäraseid fotogalvaanilisi omadusi, lihtne valmistamisprotsess ning lai valik toorainet ja rikkalik sisaldus. Lisaks saab perovskiiti kasutada ka maapealsetes elektrijaamades, lennunduses, ehituses, kantavates elektritootmisseadmetes ja paljudes muudes valdkondades.
21. märtsil taotles Ningde Times patenti "kaltsiumtitaniit päikesepatareile ja selle valmistamismeetodile ja toiteseadmele". Viimastel aastatel on siseriiklike poliitikate ja meetmete toel kaltsiumi-titaanimaagi tööstus, mida esindavad kaltsium-titaanmaagi päikesepatareid, teinud suuri edusamme. Mis on perovskiit? Kuidas on perovskiidi industrialiseerimine? Millised väljakutsed seisavad veel silmitsi? Science and Technology Daily reporter intervjueeris vastavaid eksperte.
Perovskiit ei ole kaltsium ega titaan.
Niinimetatud perovskiidid ei ole ei kaltsium ega titaan, vaid üldnimetus keraamiliste oksiidide klassi kohta, millel on sama kristallstruktuur ja mille molekulvalem on ABX3. A tähistab "suure raadiusega katiooni", B tähistab "metallikatiooni" ja X "halogeenaniooni". A tähistab "suure raadiusega katiooni", B tähistab "metallikatiooni" ja X tähistab "halogeenaniooni". Nendel kolmel ioonil võib erinevate elementide paigutuse või nendevahelise kauguse reguleerimise kaudu avaldada palju hämmastavaid füüsikalisi omadusi, sealhulgas, kuid mitte ainult, isolatsioon, ferroelektrilisus, antiferromagnetism, hiiglaslik magnetefekt jne.
"Vastavalt materjali elementaarsele koostisele võib perovskite jämedalt jagada kolme kategooriasse: komplekssed metalloksiidperovskiidid, orgaanilised hübriidperovskiidid ja anorgaanilised halogeenitud perovskiidid." Nankai ülikooli elektroonilise teabe ja optikatehnoloogia kooli professor Luo Jingshan tutvustas, et praegu fotogalvaanilises energias kasutatavad kaltsiumtitaniidid on tavaliselt kaks viimast.
perovskiiti saab kasutada paljudes valdkondades, nagu maapealsed elektrijaamad, kosmosetööstus, ehitus ja kantavad elektritootmisseadmed. Nende hulgas on perovskiidi peamine kasutusala fotogalvaaniline väli. Kaltsiumtitaniitstruktuurid on hästi kujundatavad ja neil on väga hea fotogalvaaniline jõudlus, mis on viimastel aastatel populaarne fotogalvaanilise valdkonna uurimissuund.
Perovskiidi industrialiseerimine kiireneb ja kodumaised ettevõtted konkureerivad paigutuse pärast. On teatatud, et Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd. tarniti esimesed 5000 kaltsium-titaanimaagi moodulit; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. kiirendab ka maailma suurima 150 MW täiskaltsiumititaanimaagiga lamineeritud pilootliini ehitamist; Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MW kaltsium-titaanimaagi fotogalvaanilise mooduli tootmisliin on valminud ja kasutusele võetud 2022. aasta detsembris ning aastane toodangu väärtus võib pärast tootmisse jõudmist ulatuda 300 miljoni jüaanini.
Kaltsium-titaanimaagil on fotogalvaanilises tööstuses ilmsed eelised
Fotogalvaanilises tööstuses on perovskiit viimastel aastatel olnud kuum nõudlus. Põhjus, miks see päikesepatareide valdkonnas "lemmikuks" on tõusnud, on tingitud tema ainulaadsetest tingimustest.
„Esiteks on perovskiidil arvukalt suurepäraseid optoelektroonilisi omadusi, nagu reguleeritav ribavahemik, kõrge neeldumistegur, madal eksitoni sidumisenergia, suur kandja liikuvus, kõrge defektitaluvus jne; teiseks, perovskiidi valmistamisprotsess on lihtne ja võib saavutada läbipaistvuse, ülikerguse, üliõhukese, paindlikkuse jne. Lõpuks on perovskiidi toorained laialdaselt kättesaadavad ja rikkalikud. Luo Jingshan tutvustas. Ja perovskiidi valmistamine nõuab ka suhteliselt madalat tooraine puhtust.
Praegu kasutatakse PV-väljal suurt hulka ränipõhiseid päikesepatareisid, mida saab jagada monokristalliliseks räniks, polükristalliliseks räniks ja amorfseks räni päikesepatareideks. Kristalliliste ränielementide teoreetiline fotoelektriline muunduspoolus on 29,4% ja praegune laborikeskkond võib ulatuda maksimaalselt 26,7% -ni, mis on väga lähedal muundamise ülemmäärale; on ette näha, et ka tehnoloogilise täiustamise marginaalne kasu jääb järjest väiksemaks. Seevastu perovskiitelementide fotogalvaanilise muundamise efektiivsusel on kõrgem teoreetiline pooluse väärtus 33% ja kui kaks perovskiitelementi on kokku virnastatud, võib teoreetiline muundamise efektiivsus ulatuda 45% -ni.
Lisaks "tõhususele" on veel üks oluline tegur "kulu". Näiteks põhjus, miks esimese põlvkonna õhukekilepatareide hind ei saa langeda, on see, et maakeral haruldaste elementide kaadmiumi ja galliumi varud on liiga väikesed ning sellest tulenevalt, mida arenenum on tööstus. on, mida suurem on nõudlus, seda kõrgemad on tootmiskulud ja sellest pole kunagi saanud tavatoode. Perovskiidi toorainet levitatakse maa peal suurtes kogustes ja hind on ka väga odav.
Lisaks on kaltsium-titaanimaak katte paksus kaltsium-titaanimaak akude jaoks vaid mõnisada nanomeetrit ehk umbes 1/500 räniplaatide omast, mis tähendab, et nõudlus materjali järele on väga väike. Näiteks praegune ülemaailmne nõudlus kristalliliste ränielementide jaoks mõeldud ränimaterjali järele on umbes 500 000 tonni aastas ja kui need kõik asendada perovskiitelementidega, läheb vaja ainult umbes 1000 tonni perovskiiti.
Tootmiskulude osas vajavad kristalsed ränielemendid räni puhastamist kuni 99,9999%, seega tuleb räni kuumutada temperatuurini 1400 Celsiuse järgi, sulatada vedelikuks, tõmmata ümmargusteks varrasteks ja viiludeks ning seejärel elementideks kokku panna, vähemalt nelja tehase ja kahega. kuni kolm päeva ja suurem energiakulu. Seevastu perovskiitrakkude tootmiseks on vaja ainult perovskiidi baasvedelikku substraadile kanda ja seejärel oodata kristalliseerumist. Kogu protsess hõlmab ainult klaasi, kleepuvat kilet, perovskiiti ja keemilisi materjale ning seda saab lõpetada ühes tehases ning kogu protsess võtab aega vaid umbes 45 minutit.
"Perovskiidist valmistatud päikesepatareidel on suurepärane fotoelektrilise muundamise efektiivsus, mis on praeguses etapis jõudnud 25,7% -ni ja võib tulevikus asendada traditsioonilised ränipõhised päikesepatareid, et saada kaubanduslikuks peavooluks." ütles Luo Jingshan.
Industrialiseerimise edendamiseks tuleb lahendada kolm suurt probleemi
Kalkotsiidi industrialiseerimise edendamisel peavad inimesed ikkagi lahendama 3 probleemi, nimelt kalkotsiidi pikaajalise stabiilsuse, suure ala ettevalmistuse ja plii toksilisuse.
Esiteks on perovskiit keskkonna suhtes väga tundlik ning sellised tegurid nagu temperatuur, niiskus, valgus ja vooluringi koormus võivad viia perovskiidi lagunemiseni ja raku efektiivsuse vähenemiseni. Praegu ei vasta enamik laboratoorseid perovskiitmooduleid fotogalvaaniliste toodete rahvusvahelisele standardile IEC 61215 ega ka räni päikesepatareide 10–20-aastase elueaga, seega ei ole perovskiidi hind traditsioonilises fotogalvaanilises valdkonnas endiselt soodne. Lisaks on perovskiidi ja selle seadmete lagunemismehhanism väga keeruline ning selles valdkonnas puudub väga selge arusaam protsessist, samuti puudub ühtne kvantitatiivne standard, mis kahjustab stabiilsusuuringuid.
Teine oluline probleem on see, kuidas neid suures mahus ette valmistada. Kui praegu tehakse laboris seadmete optimeerimise uuringuid, on kasutatavate seadmete efektiivne valguspindala tavaliselt alla 1 cm2 ja kui tegemist on suuremahuliste komponentide kommertskasutuse etapiga, siis tuleb parandada labori ettevalmistusmeetodeid. või asendatud. Peamised meetodid, mida praegu kasutatakse suure pindalaga perovskiitkilede valmistamiseks, on lahuse meetod ja vaakumaurustamise meetod. Lahusemeetodi puhul mõjutavad perovskiitkilede kvaliteeti oluliselt lähtelahuse kontsentratsioon ja suhe, lahusti tüüp ja säilitusaeg. Vaakumaurustusmeetod valmistab ette perovskiitkilede kvaliteetse ja kontrollitava sadestamise, kuid head kontakti lähteainete ja substraatide vahel on jällegi raske saavutada. Lisaks, kuna ka perovskiitseadme laengu transpordikiht tuleb ette valmistada suurel alal, on tööstuslikus tootmises vaja rajada iga kihi pideva sadestusega tootmisliin. Üldiselt vajab perovskiitõhukeste kilede suure ala ettevalmistamise protsess veel täiendavat optimeerimist.
Lõpuks on murettekitav ka plii toksilisus. Praeguste ülitõhusate perovskiitseadmete vananemisprotsessi käigus laguneb perovskiit vabade pliioonide ja pliimonomeeride tekkeks, mis on inimkehasse sattudes tervisele ohtlikud.
Luo Jingshan usub, et selliseid probleeme nagu stabiilsus saab lahendada seadme pakkimisega. "Kui need kaks probleemi tulevikus lahendatakse, on olemas ka küps ettevalmistusprotsess, saab teha ka perovskiitseadmeid poolläbipaistvaks klaasiks või teha seda hoonete pinnal, et saavutada fotogalvaanilise hoone integreerimine või teha paindlikud kokkupandavad seadmed kosmose- ja kosmoseseadmete jaoks. muudes valdkondades, et perovskiit mängiks ruumis ilma vee ja hapnikuta keskkonnas maksimaalset rolli. Luo Jingshan on perovskiidi tuleviku suhtes kindel.
Postitusaeg: 15. aprill 2023