Fotovoltaik sanoatda so'nggi yillarda perovskit katta talabga ega. Quyosh xujayralari sohasida "sevimli" sifatida paydo bo'lishining sababi uning o'ziga xos sharoitlari bilan bog'liq. Kaltsiy titan rudasi juda ko'p ajoyib fotovoltaik xususiyatlarga ega, oddiy tayyorlash jarayoni va xom ashyoning keng doirasi va mo'l-ko'l tarkibga ega. Bundan tashqari, perovskit yer elektr stantsiyalarida, aviatsiya, qurilish, taqiladigan elektr energiyasi ishlab chiqarish qurilmalari va boshqa ko'plab sohalarda ham qo'llanilishi mumkin.
21 mart kuni Ningde Times "kaltsiy titanit quyosh batareyasi va uni tayyorlash usuli va quvvat qurilmasi" patentiga ariza topshirdi. So'nggi yillarda ichki siyosat va chora-tadbirlarni qo'llab-quvvatlagan holda, kaltsiy-titan rudasi quyosh batareyalari bilan ifodalangan kaltsiy-titan rudasi sanoati katta yutuqlarga erishdi. Xo'sh, perovskit nima? Perovskitni sanoatlashtirish qanday? Qanday qiyinchiliklar hali ham duch kelmoqda? Science and Technology Daily muxbiri tegishli mutaxassislardan intervyu oldi.
Perovskit na kaltsiy, na titandir.
Perovskitlar na kaltsiy, na titan, balki ABX3 molekulyar formulasi bilan bir xil kristalli tuzilishga ega bo'lgan "keramika oksidlari" sinfining umumiy atamasi. A "katta radiusli kation", B "metall kation" va X "galogen anion" degan ma'noni anglatadi. A "katta radiusli kation", B "metall kation" va X "galogen anion" degan ma'noni anglatadi. Ushbu uchta ion turli xil elementlarning joylashishi yoki ular orasidagi masofani sozlash orqali juda ko'p ajoyib jismoniy xususiyatlarni namoyish qilishi mumkin, shu jumladan izolyatsiya, ferroelektr, antiferromagnetizm, ulkan magnit effekt va boshqalar.
"Materialning elementar tarkibiga ko'ra, perovskitlarni taxminan uch toifaga bo'lish mumkin: murakkab metall oksidi perovskitlar, organik gibrid perovskitlar va noorganik halogenli perovskitlar." Nankay universiteti elektron axborot va optik muhandislik fakulteti professori Luo Jingshan hozirda fotovoltaiklarda ishlatiladigan kaltsiy titanitlari odatda oxirgi ikkitasi ekanligini ta'kidladi.
perovskit yer usti elektr stansiyalari, aerokosmik, qurilish va taqiladigan energiya ishlab chiqarish qurilmalari kabi ko'plab sohalarda qo'llanilishi mumkin. Ular orasida fotovoltaik maydon perovskitning asosiy qo'llanilishi sohasidir. Kaltsiy titanit tuzilmalari juda dizaynga ega va juda yaxshi fotovoltaik ko'rsatkichlarga ega, bu so'nggi yillarda fotovoltaik sohada mashhur tadqiqot yo'nalishi hisoblanadi.
Perovskitni sanoatlashtirish tezlashmoqda va mahalliy korxonalar tartib uchun raqobatlashmoqda. Ma'lum qilinishicha, Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd kompaniyasidan jo'natilgan dastlabki 5000 dona kaltsiy titan rudasi modullari; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd., shuningdek, dunyodagi eng katta 150 MVt to'liq kaltsiy titanium rudasi laminatlangan uchuvchi liniyasi qurilishini tezlashtirmoqda; Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MVt kaltsiy-titan rudasi fotovoltaik modul ishlab chiqarish liniyasi 2022 yil dekabr oyida yakunlandi va foydalanishga topshirildi va ishlab chiqarishga yetgandan so'ng yillik ishlab chiqarish qiymati 300 million yuanga yetishi mumkin.
Kaltsiy titan rudasi fotovoltaik sanoatda aniq afzalliklarga ega
Fotovoltaik sanoatda so'nggi yillarda perovskit katta talabga ega. Quyosh xujayralari sohasida "sevimli" sifatida paydo bo'lishining sababi, uning o'ziga xos sharoitlari bilan bog'liq.
"Birinchidan, perovskit ko'plab mukammal optoelektronik xususiyatlarga ega, masalan, sozlanishi tarmoqli bo'shlig'i, yuqori assimilyatsiya koeffitsienti, past qo'zg'aluvchan bog'lanish energiyasi, yuqori tashuvchining harakatchanligi, yuqori nuqsonlarga chidamliligi va boshqalar; ikkinchidan, perovskitni tayyorlash jarayoni oddiy va shaffoflik, o'ta engillik, o'ta noziklik, moslashuvchanlik va hokazolarga erishishi mumkin. Nihoyat, perovskit xom ashyosi keng tarqalgan va ko'pdir. Luo Jingshan tanishtirdi. Va perovskitni tayyorlash ham xom ashyoning nisbatan past tozaligini talab qiladi.
Hozirgi vaqtda PV maydonida ko'p miqdordagi kremniyga asoslangan quyosh xujayralari qo'llaniladi, ular monokristalli kremniy, polikristalli kremniy va amorf kremniy quyosh xujayralariga bo'linishi mumkin. Kristalli silikon xujayralarning nazariy fotoelektrik konversiya qutbi 29,4% ni tashkil qiladi va hozirgi laboratoriya muhiti maksimal 26,7% ga yetishi mumkin, bu konvertatsiya shiftiga juda yaqin; texnologik takomillashtirishning marjinal daromadi ham kichikroq va kichikroq bo'lishini oldindan aytish mumkin. Aksincha, perovskit xujayralarining fotovoltaik konversiya samaradorligi 33% yuqori nazariy qutb qiymatiga ega va agar ikkita perovskit xujayrasi yuqoriga va pastga yig'ilsa, nazariy konvertatsiya samaradorligi 45% ga yetishi mumkin.
"Samaralilik" dan tashqari yana bir muhim omil - "xarajat". Masalan, birinchi avlod yupqa plyonkali akkumulyatorlarning narxi tusha olmasligiga sabab shundaki, yer yuzida noyob elementlar hisoblangan kadmiy va galiy zahiralari juda kam va natijada sanoat rivojlangan. ya'ni talab qancha ko'p bo'lsa, ishlab chiqarish tannarxi shunchalik yuqori bo'ladi va u hech qachon asosiy mahsulotga aylana olmadi. Perovskitning xom ashyosi er yuzida ko'p miqdorda taqsimlanadi va narxi ham juda arzon.
Bundan tashqari, kaltsiy-titaniumli rudali batareyalar uchun kaltsiy-titan rudasi qoplamasining qalinligi faqat bir necha yuz nanometrni tashkil etadi, bu silikon gofretlarning taxminan 1/500 qismidir, bu materialga bo'lgan talab juda kichik ekanligini anglatadi. Masalan, kristalli kremniy xujayralari uchun kremniy materialiga hozirgi global talab yiliga 500 ming tonnani tashkil etadi va agar ularning barchasi perovskit xujayralari bilan almashtirilsa, atigi 1000 tonnaga yaqin perovskit kerak bo'ladi.
Ishlab chiqarish xarajatlari nuqtai nazaridan, kristalli kremniy xujayralari kremniyni 99,9999% gacha tozalashni talab qiladi, shuning uchun kremniyni 1400 daraja Selsiygacha qizdirish, suyuqlikka eritish, dumaloq tayoq va bo'laklarga tortish va keyin kamida to'rtta zavod va ikkita bo'lgan hujayralarga yig'ish kerak. oraliqda uch kun va ko'proq energiya sarfi. Aksincha, perovskit hujayralarini ishlab chiqarish uchun faqat perovskit asosli suyuqlikni substratga qo'llash va keyin kristallanishni kutish kerak. Butun jarayon faqat shisha, yopishqoq plyonka, perovskit va kimyoviy materiallarni o'z ichiga oladi va bitta zavodda bajarilishi mumkin va butun jarayon faqat taxminan 45 daqiqa davom etadi.
"Perovskitdan tayyorlangan quyosh xujayralari mukammal fotoelektrik konversiya samaradorligiga ega, bu bosqichda 25,7% ga etdi va kelajakda an'anaviy kremniyga asoslangan quyosh xujayralari o'rnini tijoriy asosiy oqimga aylantirishi mumkin." - dedi Luo Jingshan.
Sanoatlashtirishni rivojlantirish uchun uchta asosiy muammoni hal qilish kerak
Kalkotsitni sanoatlashtirishni rivojlantirishda odamlar hali ham 3 ta muammoni hal qilishlari kerak, ya'ni xalkotsitning uzoq muddatli barqarorligi, katta maydonni tayyorlash va qo'rg'oshinning toksikligi.
Birinchidan, perovskit atrof-muhitga juda sezgir va harorat, namlik, yorug'lik va kontaktlarning zanglashiga olib keladigan yuki kabi omillar perovskitning parchalanishiga va hujayra samaradorligini pasayishiga olib kelishi mumkin. Hozirgi vaqtda laboratoriya perovskit modullarining ko'pchiligi fotovoltaik mahsulotlar uchun IEC 61215 xalqaro standartiga javob bermaydi, shuningdek, silikon quyosh batareyalarining 10-20 yillik umriga etib bormaydi, shuning uchun an'anaviy fotovoltaik maydonda perovskit narxi hali ham foydali emas. Bundan tashqari, perovskit va uning qurilmalarining buzilish mexanizmi juda murakkab va bu sohada jarayonning juda aniq tushunchasi yo'q, barqarorlikni tadqiq qilish uchun zararli bo'lgan yagona miqdoriy standart ham mavjud emas.
Yana bir muhim masala - ularni qanday qilib keng miqyosda tayyorlash. Hozirgi vaqtda laboratoriyada qurilmani optimallashtirish bo'yicha tadqiqotlar olib borilganda, ishlatiladigan asboblarning samarali yorug'lik maydoni odatda 1 sm2 dan kam bo'ladi va keng ko'lamli komponentlarni tijoratda qo'llash bosqichiga kelganda, laboratoriya tayyorlash usullarini takomillashtirish kerak. yoki almashtiriladi. Hozirgi vaqtda katta maydonli perovskit plyonkalarini tayyorlashda qo'llaniladigan asosiy usullar eritma usuli va vakuumli bug'lanish usuli hisoblanadi. Eritma usulida prekursor eritmasining konsentratsiyasi va nisbati, erituvchining turi va saqlash muddati perovskit plyonkalarining sifatiga katta ta'sir ko'rsatadi. Vakuumli bug'lanish usuli perovskit plyonkalarining sifatli va boshqariladigan cho'kmasini tayyorlaydi, ammo prekursorlar va substratlar o'rtasida yaxshi aloqaga erishish yana qiyin. Bundan tashqari, perovskit qurilmasining zaryad tashish qatlami ham katta maydonda tayyorlanishi kerakligi sababli, sanoat ishlab chiqarishida har bir qatlamning uzluksiz yotqizilishi bilan ishlab chiqarish liniyasini tashkil etish kerak. Umuman olganda, perovskit yupqa plyonkalarni katta maydonda tayyorlash jarayoni hali ham qo'shimcha optimallashtirishga muhtoj.
Va nihoyat, qo'rg'oshinning toksikligi ham tashvishli masala. Hozirgi yuqori samarali perovskit qurilmalarining qarishi jarayonida perovskit parchalanib, erkin qo'rg'oshin ionlari va qo'rg'oshin monomerlarini hosil qiladi, ular inson tanasiga kirgandan so'ng sog'liq uchun xavfli bo'ladi.
Luo Jingshan barqarorlik kabi muammolarni qurilmani qadoqlash orqali hal qilish mumkin, deb hisoblaydi. "Agar kelajakda bu ikki muammo hal etilsa, etuk tayyorgarlik jarayoni ham mavjud, shuningdek, perovskit moslamalarini shaffof oynaga aylantirishi yoki binolarning yuzasida fotovoltaik binolarning integratsiyasiga erishish yoki aerokosmik va kosmos uchun moslashuvchan katlanadigan qurilmalarga yasash mumkin. boshqa maydonlar, shuning uchun suv va kislorodsiz muhitda perovskit maksimal rol o'ynashi uchun. Luo Jingshan perovskitning kelajagiga ishonadi.
Xat vaqti: 2023-yil 15-aprel