Fotovoltaik endüstrisinde perovskit son yıllarda büyük talep görüyor. Güneş pilleri alanında “favori” olarak ortaya çıkmasının nedeni ise kendine özgü koşullarından kaynaklanmaktadır. Kalsiyum titanyum cevheri birçok mükemmel fotovoltaik özelliğe, basit hazırlama sürecine ve geniş bir hammadde yelpazesine ve bol içeriğe sahiptir. Ayrıca perovskit yerdeki enerji santrallerinde, havacılıkta, inşaatta, giyilebilir enerji üretim cihazlarında ve daha birçok alanda da kullanılabiliyor.
21 Mart'ta Ningde Times, "kalsiyum titanit güneş pili ve hazırlama yöntemi ve güç cihazı" patenti için başvuruda bulundu. Son yıllarda, iç politika ve önlemlerin desteğiyle, kalsiyum-titanyum cevheri güneş pilleriyle temsil edilen kalsiyum-titanyum cevheri endüstrisi büyük ilerleme kaydetti. Peki perovskit nedir? Perovskitin sanayileşmesi nasıldır? Hala hangi zorluklarla karşılaşılıyor? Bilim ve Teknoloji Gazetesi muhabiri ilgili uzmanlarla röportaj yaptı.
Perovskit ne kalsiyum ne de titanyumdur.
Perovskitler ne kalsiyum ne de titanyumdur; aynı kristal yapıya sahip, ABX3 moleküler formülüne sahip bir "seramik oksitler" sınıfı için genel bir terimdir. A “büyük yarıçaplı katyon”u, B “metal katyonu” ve X “halojen anyon”u temsil eder. A, “büyük yarıçaplı katyon”u, B, “metal katyonunu” ve X, “halojen anyonu” temsil eder. Bu üç iyon, farklı elemanların düzenlenmesi veya aralarındaki mesafenin ayarlanması yoluyla, izolasyon, ferroelektriklik, antiferromanyetizma, dev manyetik etki vb. dahil ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere birçok şaşırtıcı fiziksel özellik sergileyebilir.
"Malzemenin temel bileşimine göre perovskitler kabaca üç kategoriye ayrılabilir: karmaşık metal oksit perovskitler, organik hibrit perovskitler ve inorganik halojenlenmiş perovskitler." Nankai Üniversitesi Elektronik Bilgi ve Optik Mühendisliği Okulu'nda profesör olan Luo Jingshan, şu anda fotovoltaikte kullanılan kalsiyum titanitlerin genellikle son ikisi olduğunu açıkladı.
perovskit karasal enerji santralleri, havacılık, inşaat, giyilebilir enerji üretim cihazları gibi birçok alanda kullanılabilmektedir. Bunlar arasında fotovoltaik alan perovskitin ana uygulama alanıdır. Kalsiyum titanit yapıları son derece tasarlanabilir ve son yıllarda fotovoltaik alanda popüler bir araştırma yönü olan çok iyi fotovoltaik performansa sahiptir.
Perovskitin sanayileşmesi hızlanıyor ve yerli işletmeler düzen için rekabet ediyor. Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd'den ilk 5.000 parça kalsiyum titanyum cevheri modülünün sevk edildiği bildirildi; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. aynı zamanda dünyanın en büyük 150 MW'lık tam kalsiyum titanyum cevheri lamine pilot hattının inşaatını da hızlandırıyor; Kunshan GCL Fotoelektrik Malzemeler Co. Ltd. 150 MW kalsiyum-titanyum cevheri fotovoltaik modül üretim hattı tamamlanarak Aralık 2022'de işletmeye alındı ve üretime ulaştıktan sonra yıllık üretim değeri 300 milyon yuan'a ulaşabilir.
Kalsiyum titanyum cevherinin fotovoltaik endüstrisinde belirgin avantajları vardır
Fotovoltaik endüstrisinde perovskit son yıllarda büyük talep görüyor. Güneş pilleri alanında “favori” olarak ortaya çıkmasının nedeni ise kendine özgü koşullarından kaynaklanmaktadır.
“Öncelikle perovskit, ayarlanabilir bant aralığı, yüksek soğurma katsayısı, düşük eksiton bağlama enerjisi, yüksek taşıyıcı hareketliliği, yüksek kusur toleransı vb. gibi çok sayıda mükemmel optoelektronik özelliğe sahiptir; ikincisi, perovskitin hazırlanma süreci basittir ve yarı saydamlık, ultra hafiflik, ultra incelik, esneklik vb. elde edilebilir. Son olarak, perovskit ham maddeleri yaygın olarak bulunabilmektedir ve bol miktarda bulunmaktadır.” Luo Jingshan tanıştırdı. Perovskitin hazırlanması ayrıca nispeten düşük saflıkta hammadde gerektirir.
Şu anda PV alanı, monokristal silikon, polikristal silikon ve amorf silikon güneş pillerine bölünebilen çok sayıda silikon bazlı güneş pili kullanıyor. Kristalin silikon hücrelerin teorik fotoelektrik dönüşüm kutbu %29,4'tür ve mevcut laboratuvar ortamı, dönüşümün tavanına çok yakın olan maksimum %26,7'ye ulaşabilir; teknolojik gelişmenin marjinal kazancının da gittikçe küçüleceği öngörülebilir. Buna karşılık, perovskit hücrelerin fotovoltaik dönüşüm verimliliği %33 gibi daha yüksek bir teorik kutup değerine sahiptir ve iki perovskit hücre yukarı ve aşağı birlikte istiflenirse teorik dönüşüm verimliliği %45'e ulaşabilir.
“Verimlilik”in yanı sıra bir diğer önemli faktör “maliyet”tir. Örneğin birinci nesil ince film pillerin maliyetinin düşmemesinin nedeni, dünyada nadir bulunan elementler olan kadmiyum ve galyum rezervlerinin çok az olması ve bunun sonucunda endüstrinin daha da gelişmesidir. talep arttıkça üretim maliyeti de artıyor ve hiçbir zaman ana akım ürün haline gelemedi. Perovskitin hammaddeleri yeryüzünde büyük miktarlarda dağılmaktadır ve fiyatı da oldukça ucuzdur.
Ek olarak, kalsiyum-titanyum cevheri pilleri için kalsiyum-titanyum cevheri kaplamasının kalınlığı yalnızca birkaç yüz nanometredir; bu da silikon levhaların yaklaşık 1/500'ü kadardır; bu da malzemeye olan talebin çok küçük olduğu anlamına gelir. Örneğin, kristalin silikon hücreler için mevcut küresel silikon malzemesi talebi yılda yaklaşık 500.000 tondur ve eğer bunların tümü perovskit hücrelerle değiştirilirse yalnızca yaklaşık 1.000 ton perovskite ihtiyaç duyulacaktır.
Üretim maliyetleri açısından, kristalin silikon hücreler %99,9999'a kadar silikon saflaştırması gerektirir, bu nedenle silikonun 1400 santigrat dereceye kadar ısıtılması, sıvıya eritilmesi, yuvarlak çubuklar ve dilimler halinde çekilmesi ve ardından en az dört fabrika ve iki fabrika ile hücreler halinde birleştirilmesi gerekir. aradaki üç güne kadar ve daha fazla enerji tüketimi. Bunun aksine, perovskit hücrelerinin üretimi için yalnızca perovskit baz sıvısının substrata uygulanması ve ardından kristalleşmenin beklenmesi gerekir. Tüm süreç yalnızca cam, yapışkan film, perovskit ve kimyasal malzemeleri içeriyor ve tek bir fabrikada tamamlanabiliyor ve tüm süreç yalnızca yaklaşık 45 dakika sürüyor.
"Perovskitten hazırlanan güneş pilleri, bu aşamada %25,7'ye ulaşan mükemmel fotoelektrik dönüşüm verimliliğine sahip ve gelecekte ticari ana akım haline gelmek için geleneksel silikon bazlı güneş pillerinin yerini alabilir." Luo Jingshan dedi.
Sanayileşmeyi teşvik etmek için çözülmesi gereken üç önemli sorun vardır.
Kalkositin sanayileşmesini ilerletirken, insanların hala 3 sorunu çözmesi gerekiyor: kalkositin uzun vadeli stabilitesi, geniş alan hazırlığı ve kurşunun toksisitesi.
Birincisi, perovskit çevreye karşı çok hassastır ve sıcaklık, nem, ışık ve devre yükü gibi faktörler perovskitin ayrışmasına ve hücre verimliliğinin azalmasına neden olabilir. Şu anda çoğu laboratuvar perovskit modülü, fotovoltaik ürünler için IEC 61215 uluslararası standardını karşılamıyor ve silikon güneş pillerinin 10-20 yıllık kullanım ömrüne ulaşmıyor, dolayısıyla perovskitin maliyeti geleneksel fotovoltaik alanda hala avantajlı değil. Ek olarak, perovskit ve cihazlarının bozunma mekanizması çok karmaşıktır ve bu alandaki süreç hakkında çok net bir anlayış yoktur ve stabilite araştırmalarına zarar veren birleşik bir niceliksel standart da yoktur.
Bir diğer önemli konu ise bunların büyük ölçekte nasıl hazırlanacağıdır. Günümüzde laboratuvarda cihaz optimizasyon çalışmaları yapılırken, kullanılan cihazların etkin ışık alanı genellikle 1 cm2'den az olup, büyük ölçekli bileşenlerin ticari uygulama aşamasına gelindiğinde laboratuvar hazırlama yöntemlerinin geliştirilmesi gerekmektedir. veya değiştirildi. Geniş alanlı perovskit filmlerin hazırlanmasında şu anda uygulanabilen ana yöntemler, çözelti yöntemi ve vakumlu buharlaştırma yöntemidir. Çözelti yönteminde öncü çözeltinin konsantrasyonu ve oranı, çözücünün türü ve depolama süresi perovskit filmlerin kalitesi üzerinde büyük etkiye sahiptir. Vakumlu buharlaştırma yöntemi, perovskit filmlerin kaliteli ve kontrol edilebilir bir şekilde biriktirilmesini hazırlar, ancak öncüller ve substratlar arasında iyi bir temas elde etmek yine zordur. Ayrıca perovskit cihazının yük taşıma katmanının da geniş bir alanda hazırlanması gerektiğinden endüstriyel üretimde her katmanın sürekli biriktirildiği bir üretim hattının kurulması gerekmektedir. Genel olarak, perovskit ince filmlerin geniş alanlı hazırlanması sürecinin hala daha fazla optimizasyona ihtiyacı vardır.
Son olarak kurşunun toksisitesi de endişe verici bir konudur. Mevcut yüksek verimli perovskit cihazlarının yaşlanma süreci sırasında perovskit, insan vücuduna girdiğinde sağlığa zararlı olacak serbest kurşun iyonları ve kurşun monomerleri üretecek şekilde ayrışacaktır.
Luo Jingshan, stabilite gibi sorunların cihaz paketlemeyle çözülebileceğine inanıyor. "Gelecekte bu iki problem çözülürse, ayrıca perovskit cihazları yarı saydam cam haline getirebilecek veya fotovoltaik bina entegrasyonunu sağlamak için binaların yüzeyinde yapabilecek veya havacılık ve uzay için esnek katlanabilir cihazlara dönüştürülebilecek olgun bir hazırlık süreci de olacak. Böylece perovskit uzayda su ve oksijen olmayan ortamlarda maksimum rol oynayacak." Luo Jingshan perovskitin geleceği konusunda kendinden emin.
Gönderim zamanı: Nis-15-2023