Na indústria fotovoltaica, a perovskita está em demanda quente nos últimos anos. A razão pela qual ele surgiu como o "favorito" no campo das células solares se deve às suas condições únicas. O minério de titânio de cálcio possui muitas excelentes propriedades fotovoltaicas, processo de preparação simples e uma ampla gama de matérias -primas e conteúdo abundante. Além disso, a perovskita também pode ser usada em usinas terrestres, aviação, construção, dispositivos de geração de energia vestível e muitos outros campos.
Em 21 de março, o Ningde Times solicitou a patente de "célula solar de titanita de cálcio e seu método de preparação e dispositivo de energia". Nos últimos anos, com o apoio de políticas e medidas domésticas, a indústria de minério de cálcio-titânio, representada por células solares de minério de cálcio-titânio, fez grandes passos. Então, o que é perovskite? Como é a industrialização da perovskita? Que desafios ainda estão enfrentando? O Reporter Daily da Ciência e Tecnologia entrevistou os especialistas relevantes.
A perovskita não é de cálcio nem titânio.
Os chamados perovskitas não são cálcio nem titânio, mas um termo genérico para uma classe de "óxidos de cerâmica" com a mesma estrutura cristalina, com a fórmula molecular ABX3. A representa "cátio de raio grande", b para "cátion metal" e x para "ânion halogênio". A representa "cátio de raio grande", B significa "cátion metal" e X significa "ânion halogênio". Esses três íons podem exibir muitas propriedades físicas incríveis através do arranjo de diferentes elementos ou ajustando a distância entre eles, incluindo, entre outros, isolamento, ferroeletricidade, antiferromagnetismo, efeito magnético gigante, etc.
"De acordo com a composição elementar do material, os perovskitas podem ser divididos aproximadamente em três categorias: perovskitas complexos de óxido de metal, perovskitas híbridos orgânicos e perovskitas halogenados inorgânicos". Luo Jingshan, professor da Escola de Informações Eletrônicas da Universidade de Nankai e engenharia óptica, introduziu que os titanitas de cálcio agora usados nos fotovoltaicos são geralmente os dois últimos.
O perovskita pode ser usado em muitos campos, como usinas terrestres, dispositivos aeroespaciais, de construção e geração de energia vestível. Entre eles, o campo fotovoltaico é a principal área de aplicação de perovskita. As estruturas de titanita de cálcio são altamente designáveis e têm um desempenho fotovoltaico muito bom, que é uma direção popular de pesquisa no campo fotovoltaico nos últimos anos.
A industrialização da perovskita está se acelerando e as empresas domésticas estão competindo pelo layout. É relatado que os primeiros 5.000 módulos de minério de titânio de cálcio enviados da Hangzhou Fina Fotoelétrica Technology Co., Ltd; A Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. também está acelerando a construção da maior linha piloto de minério de titânio de cálcio de 150 MW do mundo; Kunshan GCL Fotoelétrico Materiais Co. Ltd. A linha de produção de módulos fotovoltaicos de minério de cálcio-titânio de 150 MW foi concluída e colocada em operação em dezembro de 2022, e o valor anual da saída pode atingir 300 milhões de yuans após atingir a produção.
O minério de titânio de cálcio tem vantagens óbvias na indústria fotovoltaica
Na indústria fotovoltaica, a perovskita está em demanda quente nos últimos anos. A razão pela qual ele surgiu como o "favorito" no campo das células solares se deve às suas próprias condições únicas.
“Em primeiro lugar, a perovskita possui inúmeras excelentes propriedades optoeletrônicas, como lacuna de banda ajustável, alto coeficiente de absorção, baixa energia de ligação de exciton, alta mobilidade por transportador, alta tolerância a defeitos, etc.; Em segundo lugar, o processo de preparação de perovskita é simples e pode alcançar translucidez, ultramusteridade, ultrafino, flexibilidade etc. Finalmente, as matérias-primas de perovskita estão amplamente disponíveis e abundantes. ” Luo Jingshan apresentou. E a preparação de perovskita também requer pureza relativamente baixa de matérias -primas.
Atualmente, o campo fotovoltaico usa um grande número de células solares à base de silício, que podem ser divididas em silício monocristalino, silício policristalino e células solares de silício amorfo. O polo de conversão fotoelétrica teórico das células de silício cristalino é de 29,4%, e o ambiente atual do laboratório pode atingir um máximo de 26,7%, o que fica muito próximo ao teto da conversão; É previsível que o ganho marginal da melhoria tecnológica também se torne cada vez menor. Por outro lado, a eficiência da conversão fotovoltaica das células de perovskita tem um valor teórico mais alto de 33%e, se duas células de perovskita estiverem empilhadas para cima e para baixo, a eficiência teórica da conversão pode atingir 45%.
Além da "eficiência", outro fator importante é "custo". Por exemplo, a razão pela qual o custo da primeira geração de baterias de filme fino não pode descer é que as reservas de cádmio e gálio, que são elementos raros na Terra, são muito pequenos e, como resultado, mais desenvolvidos a indústria é, quanto maior a demanda, maior o custo de produção e nunca foi capaz de se tornar um produto convencional. As matérias -primas da perovskita são distribuídas em grandes quantidades na Terra, e o preço também é muito barato.
Além disso, a espessura do revestimento de minério de cálcio-titânio para baterias de minério de cálcio-titânio é de apenas algumas centenas de nanômetros, cerca de 1/500 do silício, o que significa que a demanda pelo material é muito pequena. Por exemplo, a atual demanda global por material de silício para células de silício cristalino é de cerca de 500.000 toneladas por ano e, se todas forem substituídas por células de perovskita, será necessária apenas cerca de 1.000 toneladas de perovskita.
Em termos de custos de fabricação, as células de silício cristalino requerem purificação de silício para 99,9999%, de modo que o silício deve ser aquecido a 1400 graus Celsius, derretido em líquido, atraído em hastes redondas e fatias e depois montado em células, com pelo menos quatro fábricas e duas a três dias intermediários e maior consumo de energia. Por outro lado, para a produção de células de perovskita, é necessário apenas aplicar o líquido base de perovskita ao substrato e depois aguardar a cristalização. Todo o processo envolve apenas vidro, filme adesivo, perovskita e materiais químicos e pode ser concluído em uma fábrica, e todo o processo leva apenas cerca de 45 minutos.
"As células solares preparadas a partir de perovskita têm excelente eficiência de conversão fotoelétrica, que atingiu 25,7% nesta fase, e pode substituir as células solares tradicionais à base de silício no futuro para se tornarem o mainstream comercial". Luo Jingshan disse.
Existem três grandes problemas que precisam ser resolvidos para promover a industrialização
Ao avançar a industrialização do calcocito, as pessoas ainda precisam resolver 3 problemas, a saber, a estabilidade a longo prazo do co-qualcocito, a preparação de grandes áreas e a toxicidade do chumbo.
Primeiro, a perovskita é muito sensível ao ambiente, e fatores como temperatura, umidade, luz e carga do circuito podem levar à decomposição da perovskita e à redução da eficiência celular. Atualmente, a maioria dos módulos de perovskita de laboratório não atende ao padrão internacional IEC 61215 para produtos fotovoltaicos, nem atinge a vida útil de 10 a 20 anos de células solares de silício, portanto o custo da perovskita ainda não é vantajoso no campo fotovoltaico tradicional. Além disso, o mecanismo de degradação de perovskita e seus dispositivos é muito complexo, e não há uma compreensão muito clara do processo no campo, nem existe um padrão quantitativo unificado, que é prejudicial à pesquisa de estabilidade.
Outra questão importante é como prepará -los em larga escala. Atualmente, quando os estudos de otimização de dispositivos são realizados em laboratório, a área de luz efetiva dos dispositivos utilizados é geralmente inferior a 1 cm2 e, quando se trata da fase de aplicação comercial de componentes em larga escala, os métodos de preparação de laboratório precisam ser melhorados ou substituído. Os principais métodos atualmente aplicáveis à preparação de filmes de perovskita de área grande são o método da solução e o método de evaporação a vácuo. No método da solução, a concentração e a razão da solução precursora, o tipo de solvente e o tempo de armazenamento têm um grande impacto na qualidade dos filmes de perovskita. O método de evaporação a vácuo prepara boa qualidade e deposição controlável de filmes de perovskita, mas é novamente difícil obter um bom contato entre precursores e substratos. Além disso, como a camada de transporte de carga do dispositivo perovskita também precisa ser preparada em uma grande área, uma linha de produção com deposição contínua de cada camada precisa ser estabelecida na produção industrial. No geral, o processo de preparação de grandes áreas de filmes finos de perovskita ainda precisa de uma otimização adicional.
Finalmente, a toxicidade do chumbo também é uma questão de preocupação. Durante o processo de envelhecimento dos atuais dispositivos de perovskita de alta eficiência, a perovskita se decomporá para produzir íons de chumbo e monômeros de chumbo livres, que serão perigosos para a saúde quando entrarem no corpo humano.
Luo Jingshan acredita que problemas como a estabilidade podem ser resolvidos pela embalagem do dispositivo. “Se no futuro, esses dois problemas forem resolvidos, também há um processo de preparação maduro, também poderá fazer dispositivos de perovskite em vidro translúcido ou fazer na superfície dos edifícios para obter integração de edifícios fotovoltaicos ou transformados em dispositivos dobráveis flexíveis para aeroespacial e Outros campos, de modo que a perovskita no espaço sem água e o oxigênio ambiente para desempenhar um papel máximo. ” Luo Jingshan está confiante sobre o futuro de Perovskite.
Horário de postagem: 15-2023 de abril