Aurinkosähköteollisuudessa perovskiitilla on ollut kuuma kysyntä viime vuosina. Syy, miksi se on noussut "suosikkiksi" aurinkokennojen alalla, johtuu sen ainutlaatuisista olosuhteista. Kalsiumtitaanimalmilla on monia erinomaisia aurinkosähköominaisuuksia, yksinkertainen valmistusprosessi, laaja valikoima raaka-aineita ja runsas pitoisuus. Lisäksi perovskiittia voidaan käyttää myös maavoimalaitoksissa, ilmailussa, rakentamisessa, puettavissa sähköntuotantolaitteissa ja monilla muilla aloilla.
Ningde Times haki 21. maaliskuuta patenttia "kalsiumtitaniittiaurinkokennolle ja sen valmistusmenetelmälle ja teholaitteelle". Viime vuosina kalsium-titaanimalmiteollisuus, jota edustavat kalsium-titaanimalmi-aurinkokennot, on edistynyt kotimaisen politiikan ja toimenpiteiden tuella. Joten mikä on perovskiitti? Miten perovskiitin teollistuminen etenee? Mitä haasteita on vielä edessä? Science and Technology Daily -toimittaja haastatteli asiaankuuluvia asiantuntijoita.
Perovskiitti ei ole kalsiumia eikä titaania.
Niin kutsutut perovskiitit eivät ole kalsiumia eivätkä titaania, vaan yleistermi "keraamisten oksidien" luokalle, jolla on sama kiderakenne ja jonka molekyylikaava on ABX3. A tarkoittaa "suuren säteen kationia", B tarkoittaa "metallikationia" ja X "halogeenianionia". A tarkoittaa "suuren säteen kationia", B tarkoittaa "metallikationia" ja X tarkoittaa "halogeenianionia". Näillä kolmella ionilla voi olla monia hämmästyttäviä fysikaalisia ominaisuuksia eri elementtien järjestelyn tai niiden välistä etäisyyttä säätämällä, mukaan lukien eristys, ferrosähköisyys, antiferromagnetismi, jättimäinen magneettivaikutus jne.
"Materiaalin alkuainekoostumuksen mukaan perovskiitit voidaan jakaa karkeasti kolmeen luokkaan: kompleksiset metallioksidiperovskiitit, orgaaniset hybridiperovskiitit ja epäorgaaniset halogenoidut perovskiitit." Luo Jingshan, professori Nankain yliopiston sähköisen tiedon ja optisen tekniikan koulusta, esitteli, että aurinkosähköissä nykyään käytetyt kalsiumtitaniitit ovat yleensä kaksi jälkimmäistä.
perovskiittia voidaan käyttää monilla aloilla, kuten maanpäällisissä voimalaitoksissa, ilmailussa, rakentamisessa ja puettavissa sähköntuotantolaitteissa. Niistä aurinkosähkökenttä on perovskiitin pääsovellusalue. Kalsiumtitaniittirakenteet ovat erittäin muotoiltuja ja niillä on erittäin hyvä aurinkosähköteho, mikä on suosittu tutkimussuunta aurinkosähkön alalla viime vuosina.
Perovskiitin teollistuminen kiihtyy, ja kotimaiset yritykset kilpailevat layoutista. On raportoitu, että ensimmäiset 5000 kappaletta kalsiumtitaanimalmimoduulia toimitettiin Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co, Ltd:ltä; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. on myös nopeuttamassa maailman suurimman 150 MW:n täyden kalsiumtitaanimalmin laminoidun pilottilinjan rakentamista; Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MW:n kalsium-titaanimalmin aurinkosähkömoduulien tuotantolinja on valmistunut ja otettu käyttöön joulukuussa 2022, ja vuotuinen tuotannon arvo voi nousta 300 miljoonaan yuania tuotannon saavuttamisen jälkeen.
Kalsiumtitaanimalmilla on ilmeisiä etuja aurinkosähköteollisuudessa
Aurinkosähköteollisuudessa perovskiitilla on ollut kuuma kysyntä viime vuosina. Syy, miksi se on noussut "suosikkiksi" aurinkokennojen alalla, johtuu sen omista ainutlaatuisista olosuhteista.
"Ensinnäkin perovskiitilla on lukuisia erinomaisia optoelektronisia ominaisuuksia, kuten säädettävä kaistaväli, korkea absorptiokerroin, alhainen eksitonin sitoutumisenergia, korkea kantoaallon liikkuvuus, korkea virhetoleranssi jne.; toiseksi perovskiitin valmistusprosessi on yksinkertainen ja sillä voidaan saavuttaa läpikuultavuutta, ultrakevytyyttä, ultraohuutta, joustavuutta jne. Lopuksi perovskiitin raaka-aineita on laajalti saatavilla ja niitä on runsaasti." Luo Jingshan esitteli. Ja perovskiitin valmistus vaatii myös raaka-aineiden suhteellisen alhaisen puhtauden.
Tällä hetkellä aurinkokennoilla on käytössä suuri määrä piipohjaisia aurinkokennoja, jotka voidaan jakaa monokiteiseen piin, monikiteiseen piin ja amorfiseen piin aurinkokennoihin. Kiteisten piikennojen teoreettinen valosähköinen muunnosnapa on 29,4 % ja nykyinen laboratorioympäristö voi saavuttaa enintään 26,7 %, mikä on hyvin lähellä muuntamisen kattoa; on ennakoitavissa, että myös teknisen kehityksen marginaalihyöty pienenee ja pienenee. Sitä vastoin perovskiittikennojen aurinkosähkömuunnosteholla on korkeampi teoreettinen napa-arvo, 33%, ja jos kaksi perovskiittikentoa pinotaan ylös ja alas yhteen, teoreettinen muunnostehokkuus voi olla 45%.
"Tehokkuuden" lisäksi toinen tärkeä tekijä on "kustannus". Esimerkiksi syy siihen, miksi ensimmäisen sukupolven ohutkalvoparistojen hinta ei voi laskea, on se, että kadmiumin ja galliumin, jotka ovat harvinaisia alkuaineita maapallolla, varat ovat liian pienet, ja sen seurauksena teollisuus on sitä kehittyneempi. on, mitä suurempi kysyntä, sitä korkeammat tuotantokustannukset, eikä siitä ole koskaan tullut yleistä tuotetta. Perovskiitin raaka-aineita levitetään suuria määriä maan päällä, ja hinta on myös erittäin halpa.
Lisäksi kalsium-titaanimalmi-akkujen kalsium-titaanimalmipinnoitteen paksuus on vain muutama sata nanometriä, noin 1/500 piikiekkojen vastaavasta, mikä tarkoittaa, että materiaalin kysyntä on hyvin pientä. Esimerkiksi kiteisten piikennojen piimateriaalin globaali kysyntä on tällä hetkellä noin 500 000 tonnia vuodessa, ja jos ne kaikki korvataan perovskiittikennoilla, perovskiittia tarvitaan vain noin 1 000 tonnia.
Valmistuskustannuksiltaan kiteiset piikennot vaativat piin puhdistuksen 99,9999 %:iin, joten pii on lämmitettävä 1400 celsiusasteeseen, sulatettava nesteeseen, vedettävä pyöreiksi tankoiksi ja viipaleiksi ja koottava sitten kennoiksi, vähintään neljällä tehtaalla ja kahdella. kolmen päivän välillä ja suurempi energiankulutus. Sitä vastoin perovskiittisolujen tuottamiseksi on tarpeen vain levittää perovskiittipohjaista nestettä alustalle ja odottaa sitten kiteytymistä. Koko prosessi sisältää vain lasia, liimakalvoa, perovskiittia ja kemiallisia materiaaleja, ja se voidaan suorittaa yhdessä tehtaassa, ja koko prosessi kestää vain noin 45 minuuttia.
"Perovskiitista valmistetuilla aurinkokennoilla on erinomainen valosähköinen muunnostehokkuus, joka on saavuttanut tässä vaiheessa 25,7 %, ja ne voivat korvata perinteiset piipohjaiset aurinkokennot tulevaisuudessa kaupalliseksi valtavirtaukseksi." Luo Jingshan sanoi.
On kolme suurta ongelmaa, jotka on ratkaistava teollistumisen edistämiseksi
Edistäessään kalkosiitin teollistamista ihmisten on vielä ratkaistava 3 ongelmaa, nimittäin kalkosiitin pitkän aikavälin stabiilius, laajan alueen valmistelu ja lyijyn myrkyllisyys.
Ensinnäkin perovskiitti on erittäin herkkä ympäristölle, ja tekijät, kuten lämpötila, kosteus, valo ja piirin kuormitus, voivat johtaa perovskiitin hajoamiseen ja solujen tehokkuuden heikkenemiseen. Tällä hetkellä useimmat laboratorion perovskiittimoduulit eivät täytä aurinkosähkötuotteiden kansainvälistä IEC 61215 -standardia eivätkä täytä piiaurinkokennojen 10-20 vuoden käyttöikää, joten perovskiitin hinta ei ole vieläkään edullinen perinteisellä aurinkosähkökentällä. Lisäksi perovskiitin ja sen laitteiden hajoamismekanismi on hyvin monimutkainen, eikä kentällä ole kovin selkeää ymmärrystä prosessista, eikä myöskään ole olemassa yhtenäistä kvantitatiivista standardia, mikä on haitallista stabiliteettitutkimukselle.
Toinen tärkeä kysymys on niiden valmistaminen suuressa mittakaavassa. Tällä hetkellä laboratoriossa laiteoptimointitutkimuksia tehtäessä käytettävien laitteiden tehollinen valopinta-ala on yleensä alle 1 cm2 ja kun on kyse suurkomponenttien kaupallisesta sovellusvaiheesta, laboratorion valmistusmenetelmiä on parannettava. tai vaihdettu. Tärkeimmät menetelmät, joita tällä hetkellä käytetään suuripintaisten perovskiittikalvojen valmistukseen, ovat liuosmenetelmä ja tyhjöhaihdutusmenetelmä. Liuosmenetelmässä esiasteliuoksen pitoisuus ja suhde, liuottimen tyyppi ja varastointiaika vaikuttavat suuresti perovskiittikalvojen laatuun. Tyhjiöhaihdutusmenetelmällä valmistetaan perovskiittikalvojen laadukas ja hallittava kerrostus, mutta hyvää kontaktia esiasteiden ja substraattien välillä on jälleen vaikea saavuttaa. Lisäksi, koska myös perovskiittilaitteen varauksensiirtokerros on valmistettava suurelle alueelle, teollisuustuotannossa on perustettava tuotantolinja, jossa jokainen kerros kerrostetaan jatkuvasti. Kaiken kaikkiaan perovskiittiohutkalvojen suuren alueen valmistusprosessi vaatii edelleen optimointia.
Lopuksi lyijyn myrkyllisyys on myös huolenaihe. Nykyisten tehokkaiden perovskiittilaitteiden ikääntymisprosessin aikana perovskiitti hajoaa tuottaen vapaita lyijy-ioneja ja lyijymonomeereja, jotka ovat terveydelle haitallisia, kun ne joutuvat ihmiskehoon.
Luo Jingshan uskoo, että vakauden kaltaiset ongelmat voidaan ratkaista laitepakkauksella. "Jos tulevaisuudessa nämä kaksi ongelmaa ratkaistaan, on olemassa myös kypsä valmistusprosessi, voidaan myös tehdä perovskiittisista laitteista läpikuultavaa lasia tai tehdä rakennusten pinnalle aurinkosähköisten rakennusintegraatioiden saavuttamiseksi tai tehdä joustaviksi taitettaviksi laitteiksi ilmailu- ja avaruuskäyttöön. muilla aloilla, jotta perovskiitilla avaruudessa ilman vettä ja happea ympäristössä olisi suurin rooli." Luo Jingshan luottaa perovskiitin tulevaisuuteen.
Postitusaika: 15.4.2023