Trong ngành công nghiệp quang điện, Perovskite đã có nhu cầu nóng trong những năm gần đây. Lý do tại sao nó đã nổi lên như là những người yêu thích của người Viking trong lĩnh vực pin mặt trời là do các điều kiện độc đáo của nó. Quặng canxi titan có nhiều đặc tính quang điện tuyệt vời, quy trình chuẩn bị đơn giản và một loạt các nguyên liệu thô và nội dung phong phú. Ngoài ra, perovskite cũng có thể được sử dụng trong các nhà máy điện trên mặt đất, hàng không, xây dựng, thiết bị phát điện có thể đeo và nhiều trường khác.
Vào ngày 21 tháng 3, Ningde Times đã áp dụng cho bằng sáng chế của pin mặt trời canxi Titanite và phương pháp chuẩn bị và thiết bị điện. Trong những năm gần đây, với sự hỗ trợ của các chính sách và biện pháp trong nước, ngành công nghiệp quặng canxi-titan, được đại diện bởi pin mặt trời quặng canxi-titan, đã có những bước tiến lớn. Vậy perovskite là gì? Làm thế nào là công nghiệp hóa của perovskite? Những thách thức nào vẫn đang phải đối mặt? Khoa học và công nghệ Phóng viên hàng ngày đã phỏng vấn các chuyên gia có liên quan.
Perovskite không phải là canxi hay titan.
Cái gọi là perovskites không phải là canxi hay titan, mà là một thuật ngữ chung cho một loại oxit gốm bằng gốm có cùng cấu trúc tinh thể, với công thức phân tử ABX3. A là viết tắt của Cation Bán kính lớn, B, B cho Cation Metal Cation, và X cho các loại halogen anion. A là viết tắt của Cation RADIUS Cation, B, B là viết tắt của Cation Metal Cation và X là viết tắt của các loại halogen anion. Ba ion này có thể thể hiện nhiều tính chất vật lý đáng kinh ngạc thông qua việc sắp xếp các yếu tố khác nhau hoặc bằng cách điều chỉnh khoảng cách giữa chúng, bao gồm nhưng không giới hạn ở cách điện, tính sắt, chất chống từ tính, hiệu ứng từ tính khổng lồ, v.v.
Theo thành phần nguyên tố của vật liệu, perovskites có thể được chia thành ba loại: perovskites oxit kim loại phức tạp, perovskites lai hữu cơ và perovskites halogen hóa vô cơ. Luo Jingshan, giáo sư tại Trường Thông tin điện tử và Kỹ thuật Quang học của Đại học Nankai, đã giới thiệu rằng canxi Titanites hiện được sử dụng trong quang điện thường là hai loại sau.
Perovskite có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như nhà máy điện trên mặt đất, hàng không vũ trụ, xây dựng và thiết bị sản xuất điện. Trong số đó, trường quang điện là khu vực ứng dụng chính của perovskite. Các cấu trúc canxi titanite rất dễ thiết kế và có hiệu suất quang điện rất tốt, đây là một hướng nghiên cứu phổ biến trong lĩnh vực quang điện trong những năm gần đây.
Việc công nghiệp hóa perovskite đang tăng tốc, và các doanh nghiệp trong nước đang cạnh tranh cho bố cục. Được biết, 5.000 mép quặng canxi titan đầu tiên được vận chuyển từ Công ty TNHH Công nghệ quang điện FINA Hàng Châu; Công ty TNHH quang điện Renshuo (Tô Châu) cũng đang tăng tốc xây dựng các dòng thí điểm nhiều lớp canxi titan lớn nhất thế giới; Công ty TNHH Vật liệu quang điện Kunshan GCL GCL 150 MW, dây chuyền sản xuất mô-đun quang điện quặng canxi đã được hoàn thành và đưa vào hoạt động vào tháng 12 năm 2022, và giá trị đầu ra hàng năm có thể đạt 300 triệu nhân dân tệ sau khi được sản xuất.
Quặng canxi titan có lợi thế rõ ràng trong ngành công nghiệp quang điện
Trong ngành công nghiệp quang điện, Perovskite đã có nhu cầu nóng trong những năm gần đây. Lý do tại sao nó đã nổi lên như là những người yêu thích của người Viking trong lĩnh vực pin mặt trời là do các điều kiện độc đáo của riêng nó.
Đầu tiên, perovskite có nhiều đặc tính quang điện tử tuyệt vời, chẳng hạn như khoảng cách dải có thể điều chỉnh, hệ số hấp thụ cao, năng lượng liên kết exciton thấp, khả năng vận động của sóng mang cao, dung sai khiếm khuyết cao, v.v .; Thứ hai, quá trình chuẩn bị perovskite rất đơn giản và có thể đạt được độ mờ, độ sáng cực độ, siêu mỏng, linh hoạt, v.v. Cuối cùng, nguyên liệu thô perovskite có sẵn rộng rãi và phong phú. Luo Jingshan giới thiệu. Và việc chuẩn bị perovskite cũng đòi hỏi độ tinh khiết tương đối thấp của nguyên liệu thô.
Hiện tại, trường PV sử dụng một số lượng lớn các pin mặt trời dựa trên silicon, có thể được chia thành silicon đơn tinh thể, silicon polycrystalline và pin mặt trời silicon vô định hình. Cực chuyển đổi quang điện lý thuyết của các tế bào silicon tinh thể là 29,4%và môi trường phòng thí nghiệm hiện tại có thể đạt tối đa 26,7%, rất gần với trần chuyển đổi; Có thể thấy trước rằng lợi ích cận biên của cải thiện công nghệ cũng sẽ trở nên nhỏ hơn và nhỏ hơn. Ngược lại, hiệu quả chuyển đổi quang điện của các tế bào perovskite có giá trị cực lý lý cao hơn 33%và nếu hai tế bào perovskite được xếp chồng lên nhau, hiệu quả chuyển đổi lý thuyết có thể đạt 45%.
Ngoài hiệu quả của người Viking, một yếu tố quan trọng khác là chi phí. Ví dụ, lý do tại sao chi phí của thế hệ pin màng mỏng đầu tiên không thể giảm là dự trữ của cadmium và gallium, những yếu tố hiếm gặp trên trái đất, quá nhỏ và kết quả là ngành công nghiệp phát triển hơn Là, nhu cầu càng lớn, chi phí sản xuất càng cao và nó chưa bao giờ có thể trở thành một sản phẩm chính thống. Các nguyên liệu thô của perovskite được phân phối với số lượng lớn trên trái đất, và giá cũng rất rẻ.
Ngoài ra, độ dày của lớp phủ quặng canxi-titan cho pin quặng canxi-titan chỉ là vài trăm nanomet, khoảng 1/500 của các tấm silicon, điều đó có nghĩa là nhu cầu về vật liệu là rất nhỏ. Ví dụ, nhu cầu toàn cầu về vật liệu silicon hiện tại đối với các tế bào silicon tinh thể là khoảng 500.000 tấn mỗi năm và nếu tất cả chúng được thay thế bằng các tế bào perovskite, chỉ cần khoảng 1.000 tấn perovskite.
Về chi phí sản xuất, các tế bào silicon tinh thể đòi hỏi tinh khiết silicon đến 99,9999%, do đó silicon phải được làm nóng đến 1400 độ C trong đến ba ngày ở giữa, và tiêu thụ năng lượng lớn hơn. Ngược lại, đối với việc sản xuất các tế bào perovskite, chỉ cần áp dụng chất lỏng cơ sở perovskite vào chất nền và sau đó chờ sự kết tinh. Toàn bộ quá trình chỉ liên quan đến thủy tinh, màng dính, vật liệu perovskite và hóa học, và có thể được hoàn thành trong một nhà máy, và toàn bộ quá trình chỉ mất khoảng 45 phút.
Các tế bào năng lượng mặt trời được điều chế từ perovskite có hiệu suất chuyển đổi quang điện tuyệt vời, đạt 25,7% ở giai đoạn này và có thể thay thế pin mặt trời dựa trên silicon truyền thống trong tương lai để trở thành dòng chính thương mại. Luo Jingshan nói.
Có ba vấn đề lớn cần được giải quyết để thúc đẩy công nghiệp hóa
Khi thúc đẩy công nghiệp hóa chalcocite, mọi người vẫn cần giải quyết 3 vấn đề, cụ thể là sự ổn định lâu dài của chalcocite, chuẩn bị diện tích lớn và độc tính của chì.
Đầu tiên, perovskite rất nhạy cảm với môi trường và các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng và tải mạch có thể dẫn đến sự phân hủy perovskite và giảm hiệu quả tế bào. Hiện tại, hầu hết các mô-đun perovskite trong phòng thí nghiệm không đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế IEC 61215 cho các sản phẩm quang điện, cũng như không đạt đến vòng đời 10-20 năm của pin mặt trời silicon, vì vậy chi phí của perovskite vẫn không thuận lợi trong lĩnh vực quang điện truyền thống. Ngoài ra, cơ chế suy thoái của perovskite và các thiết bị của nó rất phức tạp, và không có sự hiểu biết rõ ràng nào về quá trình trong lĩnh vực này, cũng không có tiêu chuẩn định lượng thống nhất, gây bất lợi cho nghiên cứu ổn định.
Một vấn đề lớn khác là làm thế nào để chuẩn bị chúng trên quy mô lớn. Hiện tại, khi các nghiên cứu tối ưu hóa thiết bị được thực hiện trong phòng thí nghiệm, khu vực ánh sáng hiệu quả của các thiết bị được sử dụng thường dưới 1 cm2 và khi nói đến giai đoạn ứng dụng thương mại của các thành phần quy mô lớn, các phương pháp chuẩn bị trong phòng thí nghiệm cần được cải thiện hoặc thay thế. Các phương pháp chính hiện đang áp dụng cho việc chuẩn bị màng perovskite khu vực lớn là phương pháp giải pháp và phương pháp bay hơi chân không. Trong phương pháp giải pháp, nồng độ và tỷ lệ của dung dịch tiền thân, loại dung môi và thời gian lưu trữ có tác động lớn đến chất lượng của màng perovskite. Phương pháp bay hơi chân không chuẩn bị chất lượng tốt và sự lắng đọng có thể kiểm soát của màng perovskite, nhưng một lần nữa rất khó để đạt được sự tiếp xúc tốt giữa tiền chất và chất nền. Ngoài ra, vì lớp vận chuyển điện tích của thiết bị perovskite cũng cần được chuẩn bị ở một khu vực rộng lớn, một dây chuyền sản xuất với sự lắng đọng liên tục của từng lớp cần được thiết lập trong sản xuất công nghiệp. Nhìn chung, quá trình chuẩn bị các bộ phim mỏng perovskite khu vực lớn vẫn cần tối ưu hóa hơn nữa.
Cuối cùng, độc tính của chì cũng là một vấn đề quan tâm. Trong quá trình lão hóa của các thiết bị perovskite hiệu quả cao hiện tại, perovskite sẽ bị phân hủy để tạo ra các ion chì và monome chì miễn phí, sẽ gây nguy hiểm cho sức khỏe khi chúng đi vào cơ thể con người.
Luo Jingshan tin rằng các vấn đề như ổn định có thể được giải quyết bằng bao bì thiết bị. Nếu trong tương lai, hai vấn đề này được giải quyết, cũng có một quá trình chuẩn bị trưởng thành, cũng có thể biến các thiết bị perovskite thành kính trong mờ hoặc làm trên bề mặt của các tòa nhà để đạt được sự tích hợp xây dựng quang điện, hoặc được chế tạo thành các thiết bị có thể gập lại linh hoạt cho hàng không vũ trụ và Các lĩnh vực khác, do đó perovskite trong không gian không có môi trường nước và oxy để đóng vai trò tối đa. Luo Jingshan tự tin về tương lai của Perovskite.
Thời gian đăng: Tháng 4-15-2023