Dalam industri fotovoltaik, perovskite telah diminati panas dalam beberapa tahun terakhir. Alasan mengapa ia muncul sebagai "favorit" di bidang sel surya adalah karena kondisi uniknya. Bijih titanium kalsium memiliki banyak sifat fotovoltaik yang sangat baik, proses persiapan sederhana, dan berbagai bahan baku dan konten yang berlimpah. Selain itu, perovskite juga dapat digunakan di pembangkit listrik tenaga tanah, penerbangan, konstruksi, perangkat pembangkit listrik yang dapat dipakai dan banyak bidang lainnya.
Pada 21 Maret, Ningde Times diterapkan untuk paten "sel surya kalsium titanite dan metode persiapan dan perangkat daya". Dalam beberapa tahun terakhir, dengan dukungan kebijakan dan langkah-langkah domestik, industri bijih kalsium-titanium, diwakili oleh sel surya bijih kalsium-titanium, telah membuat langkah besar. Jadi apa itu perovskite? Bagaimana industrialisasi perovskite? Tantangan apa yang masih dihadapi? Reporter Harian Sains dan Teknologi mewawancarai para ahli yang relevan.
Perovskite bukan kalsium atau titanium.
Yang disebut perovskit bukan kalsium atau titanium, tetapi istilah generik untuk kelas "oksida keramik" dengan struktur kristal yang sama, dengan rumus molekul ABX3. A adalah singkatan dari "kation radius besar", B untuk "kation logam" dan x untuk "anion halogen". A adalah singkatan dari "Kation Radius Besar", B adalah singkatan dari "Metal Cation" dan X adalah singkatan dari "Halogen Anion". Ketiga ion ini dapat menunjukkan banyak sifat fisik yang menakjubkan melalui pengaturan elemen yang berbeda atau dengan menyesuaikan jarak di antara mereka, termasuk tetapi tidak terbatas pada isolasi, ferroelektrik, antiferromagnetisme, efek magnetik raksasa, dll.
"Menurut komposisi unsur material, perovskit dapat secara kasar dibagi menjadi tiga kategori: perovskit logam oksida kompleks, perovskit hibrida organik, dan perovskit terhalogenasi anorganik." Luo Jingshan, seorang profesor di Sekolah Informasi Elektronik Universitas Nankai dan Teknik Optik, memperkenalkan bahwa kalsium Titanit yang sekarang digunakan dalam fotovoltaik biasanya adalah dua yang terakhir.
Perovskite dapat digunakan di banyak bidang seperti pembangkit listrik darat, kedirgantaraan, konstruksi, dan perangkat pembangkit listrik yang dapat dipakai. Di antara mereka, bidang fotovoltaik adalah area aplikasi utama perovskite. Struktur Titanite kalsium sangat dapat dirancang dan memiliki kinerja fotovoltaik yang sangat baik, yang merupakan arah penelitian populer dalam bidang fotovoltaik dalam beberapa tahun terakhir.
Industrialisasi perovskite semakin cepat, dan perusahaan domestik bersaing untuk tata letak. Dilaporkan bahwa 5.000 potong pertama modul bijih titanium kalsium yang dikirim dari Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. juga mempercepat pembangunan jalur pilot laminasi kalani 150 MW terbesar di dunia; Kunshan GCL Fotoelectric Material Co. Ltd. 150 MW Kalsium-Titanium Bijih Modul Fotovoltaik Modul Produksi telah selesai dan dioperasikan pada Desember 2022, dan nilai output tahunan dapat mencapai 300 juta yuan setelah mencapai produksi.
Bijih titanium kalsium memiliki keunggulan yang jelas dalam industri fotovoltaik
Dalam industri fotovoltaik, perovskite telah diminati panas dalam beberapa tahun terakhir. Alasan mengapa ia muncul sebagai "favorit" di bidang sel surya adalah karena kondisi uniknya sendiri.
“Pertama, perovskite memiliki banyak sifat optoelektronik yang sangat baik, seperti celah pita yang dapat disesuaikan, koefisien penyerapan tinggi, energi pengikatan eksiton rendah, mobilitas pembawa tinggi, toleransi cacat tinggi, dll; Kedua, proses persiapan perovskite sederhana dan dapat mencapai transparansi, ultra-cahaya, ultra-kekar, fleksibilitas, dll. Akhirnya, bahan baku perovskite tersedia secara luas dan berlimpah. " Luo Jingshan diperkenalkan. Dan persiapan perovskite juga membutuhkan kemurnian bahan baku yang relatif rendah.
Saat ini, bidang PV menggunakan sejumlah besar sel surya berbasis silikon, yang dapat dibagi menjadi silikon monokristalin, silikon polikristalin, dan sel surya silikon amorf. Kutub konversi fotolistrik teoretis sel silikon kristal adalah 29,4%, dan lingkungan laboratorium saat ini dapat mencapai maksimum 26,7%, yang sangat dekat dengan langit -langit konversi; Dapat diperkirakan bahwa gain marjinal dari peningkatan teknologi juga akan menjadi lebih kecil dan lebih kecil. Sebaliknya, efisiensi konversi fotovoltaik sel perovskit memiliki nilai tiang teoretis yang lebih tinggi sebesar 33%, dan jika dua sel perovskit ditumpuk ke atas dan ke bawah bersama -sama, efisiensi konversi teoritis dapat mencapai 45%.
Selain "efisiensi", faktor penting lainnya adalah "biaya". Sebagai contoh, alasan mengapa biaya generasi pertama baterai film tipis tidak dapat turun adalah bahwa cadangan kadmium dan gallium, yang merupakan elemen langka di bumi, terlalu kecil, dan sebagai hasilnya, semakin berkembang industri dalam industri ini adalah, semakin besar permintaan, semakin tinggi biaya produksi, dan tidak pernah mampu menjadi produk utama. Bahan baku perovskit didistribusikan dalam jumlah besar di bumi, dan harganya juga sangat murah.
Selain itu, ketebalan lapisan bijih kalsium-titanium untuk baterai bijih kalsium-titanium hanya beberapa ratus nanometer, sekitar 1/500 dari wafer silikon, yang berarti bahwa permintaan bahan sangat kecil. Sebagai contoh, permintaan global saat ini untuk bahan silikon untuk sel silikon kristal adalah sekitar 500.000 ton per tahun, dan jika semuanya diganti dengan sel perovskit, hanya sekitar 1.000 ton perovskit yang diperlukan.
Dalam hal biaya pembuatan, sel -sel silikon kristal membutuhkan pemurnian silikon hingga 99,9999%, sehingga silikon harus dipanaskan hingga 1.400 derajat Celcius, dilebur menjadi cairan, ditarik ke dalam batang bundar dan irisan, dan kemudian dirakit ke dalam sel, dengan setidaknya empat pabrik dan dua hingga tiga hari di antaranya, dan konsumsi energi yang lebih besar. Sebaliknya, untuk produksi sel perovskit, hanya perlu menerapkan cairan basa perovskite ke substrat dan kemudian menunggu kristalisasi. Seluruh proses hanya melibatkan kaca, film perekat, perovskite dan bahan kimia, dan dapat diselesaikan di satu pabrik, dan seluruh proses hanya membutuhkan waktu sekitar 45 menit.
"Sel surya yang disiapkan dari perovskite memiliki efisiensi konversi fotolektrik yang sangat baik, yang telah mencapai 25,7% pada tahap ini, dan dapat menggantikan sel surya berbasis silikon tradisional di masa depan untuk menjadi arus utama komersial." Kata Luo Jingshan.
Ada tiga masalah utama yang perlu diselesaikan untuk mempromosikan industrialisasi
Dalam memajukan industrialisasi chalcocite, orang masih perlu menyelesaikan 3 masalah, yaitu stabilitas jangka panjang chalcocite, persiapan area yang luas dan toksisitas timbal.
Pertama, perovskit sangat sensitif terhadap lingkungan, dan faktor -faktor seperti suhu, kelembaban, cahaya, dan beban sirkuit dapat menyebabkan dekomposisi perovskit dan pengurangan efisiensi sel. Saat ini sebagian besar modul perovskite laboratorium tidak memenuhi standar internasional IEC 61215 untuk produk fotovoltaik, juga tidak mencapai 10-20 tahun seumur hidup sel surya silikon, sehingga biaya perovskit masih belum menguntungkan di bidang fotovoltaik tradisional. Selain itu, mekanisme degradasi perovskite dan perangkatnya sangat kompleks, dan tidak ada pemahaman yang sangat jelas tentang proses di lapangan, juga tidak ada standar kuantitatif terpadu, yang merugikan penelitian stabilitas.
Masalah besar lainnya adalah bagaimana mempersiapkan mereka dalam skala besar. Saat ini, ketika studi optimasi perangkat dilakukan di laboratorium, area cahaya efektif perangkat yang digunakan biasanya kurang dari 1 cm2, dan ketika datang ke tahap aplikasi komersial komponen skala besar, metode persiapan laboratorium perlu ditingkatkan atau diganti. Metode utama yang saat ini berlaku untuk persiapan film perovskite area besar adalah metode solusi dan metode penguapan vakum. Dalam metode solusi, konsentrasi dan rasio solusi prekursor, jenis pelarut, dan waktu penyimpanan memiliki dampak besar pada kualitas film perovskite. Metode penguapan vakum mempersiapkan kualitas yang baik dan deposisi film perovskit yang dapat dikendalikan, tetapi sekali lagi sulit untuk mencapai kontak yang baik antara prekursor dan substrat. Selain itu, karena lapisan transportasi muatan perangkat perovskite juga perlu disiapkan di area yang luas, jalur produksi dengan deposisi berkelanjutan dari setiap lapisan perlu didirikan dalam produksi industri. Secara keseluruhan, proses persiapan besar-besaran dari film tipis perovskite masih membutuhkan optimasi lebih lanjut.
Akhirnya, toksisitas timbal juga menjadi masalah yang menjadi perhatian. Selama proses penuaan perangkat perovskit efisiensi tinggi saat ini, perovskite akan terurai untuk menghasilkan ion timbal bebas dan monomer timbal, yang akan berbahaya bagi kesehatan begitu mereka memasuki tubuh manusia.
Luo Jingshan percaya bahwa masalah seperti stabilitas dapat diselesaikan dengan kemasan perangkat. “If in the future, these two problems are solved, there is also a mature preparation process, can also make perovskite devices into translucent glass or do on the surface of buildings to achieve photovoltaic building integration, or made into flexible foldable devices for aerospace and Bidang lain, sehingga perovskit di luar angkasa tanpa lingkungan air dan oksigen untuk memainkan peran maksimal. ” Luo Jingshan yakin tentang masa depan Perovskite.
Waktu pos: Apr-15-2023