Nell'industria fotovoltaica, la perovskite è stata molto richiesta negli ultimi anni. Il motivo per cui è emerso come il "preferito" nel campo delle celle solari è dovuto alle sue condizioni uniche. Il minerale di titanio di calcio ha molte eccellenti proprietà fotovoltaiche, un semplice processo di preparazione e una vasta gamma di materie prime e contenuti abbondanti. Inoltre, la perovskite può essere utilizzata anche in centrali elettriche a terra, aviazione, costruzione, dispositivi di generazione di energia indossabili e molti altri campi.
Il 21 marzo, Ningde Times ha fatto domanda per il brevetto di "Calcio di cella solare in titanite e il suo metodo di preparazione e dispositivo di alimentazione". Negli ultimi anni, con il supporto di politiche e misure domestiche, l'industria del minerale di calcio-titanio, rappresentata da celle solari di minerale di calcio-titanio, ha fatto passi da gigante. Allora cos'è perovskite? Com'è l'industrializzazione della perovskite? Quali sfide stanno ancora affrontando? Science and Technology Daily Reporter ha intervistato gli esperti pertinenti.
La perovskite non è né calcio né titanio.
I cosiddetti perovskiti non sono né calcio né titanio, ma un termine generico per una classe di "ossidi ceramici" con la stessa struttura cristallina, con la formula molecolare ABX3. A sta per "grande catione di raggio", B per "catione metallica" e x per "anione alogeno". A sta per "grande catione di raggio", B sta per "catione metallica" e X sta per "anione alogeno". Questi tre ioni possono presentare molte incredibili proprietà fisiche attraverso la disposizione di diversi elementi o regolando la distanza tra loro, tra cui ma non limitata a isolamento, ferroelettricità, antiferromagnetismo, effetto magnetico gigante, ecc.
"Secondo la composizione elementare del materiale, le perovskiti possono essere approssimativamente divise in tre categorie: perovskiti di ossido di metallo complessi, perovskiti ibridi organici e perovskiti alogenati inorganici." Luo Jingshan, professore alla School of Electronic Information e Optical Engineering della Nankai University, ha introdotto che i titaniti di calcio ora utilizzati nei fotovoltaici sono di solito gli ultimi due.
La perovskite può essere utilizzata in molti campi come le centrali terrestri, aerospaziale, costruzione e dispositivi di generazione di energia indossabili. Tra questi, il campo fotovoltaico è la principale area di applicazione di perovskite. Le strutture di titanite di calcio sono altamente designabili e hanno prestazioni fotovoltaiche molto ottime, che è una direzione di ricerca popolare nel campo fotovoltaico negli ultimi anni.
L'industrializzazione della perovskite sta accelerando e le imprese domestiche sono in competizione per il layout. È stato riferito che i primi 5.000 pezzi di moduli minerali in titanio di calcio sono stati spediti da Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. sta anche accelerando la costruzione della più grande linea pilota laminata del minerale di titanio a calcio completo di 150 MW; Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MW La linea di produzione del modulo fotovoltaico del minerale di calcio è stato completato e messo in funzione nel dicembre 2022 e il valore di produzione annuale può raggiungere 300 milioni di yuan dopo aver raggiunto la produzione.
Il minerale di titanio del calcio presenta evidenti vantaggi nell'industria fotovoltaica
Nell'industria fotovoltaica, la perovskite è stata molto richiesta negli ultimi anni. Il motivo per cui è emerso come il "preferito" nel campo delle celle solari è dovuto alle sue condizioni uniche.
“In primo luogo, la perovskite ha numerose eccellenti proprietà optoelettroniche, come gap di banda regolabile, coefficiente di assorbimento elevato, energia di legame a basso eccitone, alta mobilità portante, elevata tolleranza al difetto, ecc.; In secondo luogo, il processo di preparazione della perovskite è semplice e può ottenere traslucenza, ultra-luce, ultra-tinness, flessibilità, ecc. Infine, le materie prime perovskite sono ampiamente disponibili e abbondanti. " Luo Jingshan ha introdotto. E la preparazione della perovskite richiede anche una purezza relativamente bassa delle materie prime.
Al momento, il campo fotovoltaico utilizza un gran numero di celle solari a base di silicio, che possono essere divise in silicio monocristallino, silicio policristallino e celle solari di silicio amorfo. Il polo teorico di conversione fotoelettrica delle cellule di silicio cristallino è del 29,4%e l'attuale ambiente di laboratorio può raggiungere un massimo del 26,7%, che è molto vicino al soffitto della conversione; È prevedibile che anche il guadagno marginale di miglioramento tecnologico diventerà sempre più piccolo. Al contrario, l'efficienza di conversione fotovoltaica delle cellule di perovskite ha un valore teorico più elevato del 33%e se due celle di perovskite sono impilate su e giù insieme, l'efficienza di conversione teorica può raggiungere il 45%.
Oltre a "efficienza", un altro fattore importante è il "costo". Ad esempio, il motivo per cui il costo della prima generazione di batterie a film sottile non può scendere è che le riserve di cadmio e gallio, che sono elementi rari sulla terra, sono troppo piccoli e, di conseguenza, più sviluppati sono sviluppati l'industria è, maggiore è la domanda, maggiore è il costo di produzione e non è mai stato in grado di diventare un prodotto tradizionale. Le materie prime della perovskite sono distribuite in grandi quantità sulla terra e anche il prezzo è molto economico.
Inoltre, lo spessore del rivestimento di minerale di calcio-titanio per le batterie del minerale di calcio-titanio è solo poche centinaia di nanometri, circa 1/500 di quello dei wafer di silicio, il che significa che la domanda per il materiale è molto piccola. Ad esempio, l'attuale domanda globale di materiale di silicio per le cellule di silicio cristalline è di circa 500.000 tonnellate all'anno e se tutte sono sostituite con cellule di perovskite, saranno necessarie solo circa 1.000 tonnellate di perovskite.
In termini di costi di produzione, le cellule cristalline di silicio richiedono la purificazione del silicio al 99,9999%, quindi il silicio deve essere riscaldato a 1400 gradi Celsius, fuso in liquido, disegnato in aste e fette rotonde e quindi assemblato in cellule, con almeno quattro fabbriche e due fabbriche a tre giorni nel mezzo e un maggiore consumo di energia. Al contrario, per la produzione di cellule di perovskite, è necessario solo applicare il liquido di base perovskite al substrato e quindi attendere la cristallizzazione. L'intero processo prevede solo vetro, film adesivi, perovskite e materiali chimici e può essere completato in una fabbrica e l'intero processo richiede solo circa 45 minuti.
"Le celle solari preparate dalla perovskite hanno un'eccellente efficienza di conversione fotoelettrica, che ha raggiunto il 25,7% in questa fase, e possono sostituire le tradizionali celle solari a base di silicio in futuro per diventare il mainstream commerciale." Luo Jingshan ha detto.
Ci sono tre problemi principali che devono essere risolti per promuovere l'industrializzazione
Nell'avanzamento dell'industrializzazione del calcociti, le persone devono ancora risolvere 3 problemi, vale a dire la stabilità a lungo termine della calcocite, la preparazione di grandi aree e la tossicità del piombo.
In primo luogo, la perovskite è molto sensibile all'ambiente e fattori come temperatura, umidità, luce e carico di circuiti possono portare alla decomposizione della perovskite e alla riduzione dell'efficienza cellulare. Attualmente la maggior parte dei moduli di perovskite da laboratorio non soddisfa lo standard internazionale IEC 61215 per i prodotti fotovoltaici, né raggiungono la durata di 10-20 anni delle celle solari al silicio, quindi il costo della perovskite non è ancora vantaggioso nel tradizionale campo fotovoltaico. Inoltre, il meccanismo di degradazione della perovskite e dei suoi dispositivi è molto complesso e non esiste una chiara comprensione del processo sul campo, né esiste uno standard quantitativo unificato, che è dannoso per la ricerca sulla stabilità.
Un altro grosso problema è come prepararli su larga scala. Attualmente, quando gli studi di ottimizzazione dei dispositivi vengono condotti in laboratorio, l'area della luce effettiva dei dispositivi utilizzati è generalmente inferiore a 1 cm2 e quando si tratta della fase di applicazione commerciale dei componenti su larga scala, i metodi di preparazione del laboratorio devono essere migliorati o sostituito. I metodi principali attualmente applicabili alla preparazione di film per perovskite di grandi dimensioni sono il metodo di soluzione e il metodo di evaporazione del vuoto. Nel metodo della soluzione, la concentrazione e il rapporto tra la soluzione precursore, il tipo di solvente e il tempo di archiviazione hanno un grande impatto sulla qualità dei film perovskite. Il metodo di evaporazione del vuoto prepara una buona qualità e una deposizione controllabile di film di perovskite, ma è di nuovo difficile ottenere un buon contatto tra precursori e substrati. Inoltre, poiché lo strato di trasporto di carica del dispositivo perovskite deve anche essere preparato in una vasta area, una linea di produzione con una deposizione continua di ogni strato deve essere stabilita nella produzione industriale. Nel complesso, il processo di preparazione di grandi aree dei film sottili perovskite richiede ancora un'ulteriore ottimizzazione.
Infine, la tossicità del piombo è anche un problema di preoccupazione. Durante il processo di invecchiamento degli attuali dispositivi di perovskite ad alta efficienza, la perovskite si decompone per produrre ioni di piombo liberi e monomeri di piombo, che saranno pericolosi per la salute una volta entrati nel corpo umano.
Luo Jingshan ritiene che problemi come la stabilità possano essere risolti mediante l'imballaggio dei dispositivi. “Se in futuro, questi due problemi vengono risolti, esiste anche un processo di preparazione maturo, possono anche trasformare i dispositivi perovskite in vetro traslucido o fare sulla superficie degli edifici per ottenere l'integrazione di edifici fotovoltaici o trasformati in dispositivi pieghevoli flessibili per aerospaziale e Altri campi, in modo che la perovskite nello spazio senza acqua e ambiente di ossigeno svolga un ruolo massimo. " Luo Jingshan è fiducioso sul futuro di Perovskite.
Tempo post: aprile-15-2023