جوانب مثبت و منفی Perovskite برای برنامه های سلول خورشیدی

در صنعت فتوولتائیک ، Perovskite در سالهای اخیر تقاضای گرمی داشته است. دلیل ظهور آن به عنوان "مورد علاقه" در زمینه سلولهای خورشیدی به دلیل شرایط منحصر به فرد آن است. سنگ معدن تیتانیوم کلسیم دارای خواص فتوولتائیک بسیار خوبی ، فرآیند آماده سازی ساده و طیف گسترده ای از مواد اولیه و محتوای فراوان است. علاوه بر این ، Perovskite همچنین می تواند در نیروگاه های زمینی ، حمل و نقل هوایی ، ساخت و ساز ، دستگاه های تولید انرژی پوشیدنی و بسیاری از زمینه های دیگر استفاده شود.
در 21 مارس ، نینگد تایمز برای ثبت اختراع "سلول خورشیدی کلسیم تیتانیت و روش آماده سازی و دستگاه قدرت آن" درخواست کرد. در سالهای اخیر ، با حمایت از سیاست ها و اقدامات داخلی ، صنعت سنگ معدن کلسیم تیتانیوم ، که توسط سلولهای خورشیدی سنگ معدن کلسیم تیتانیوم نشان داده شده است ، گام های بزرگی برداشته است. بنابراین Perovskite چیست؟ صنعتی شدن Perovskite چگونه است؟ چه چالش هایی هنوز با آن روبرو هستند؟ خبرنگار روزانه علوم و فناوری با متخصصان مربوطه مصاحبه کرد.

Perovskite نه کلسیم و نه تیتانیوم است.

به اصطلاح Perovskites نه کلسیم و نه تیتانیوم ، بلکه یک اصطلاح عمومی برای کلاس "اکسیدهای سرامیکی" با همان ساختار کریستالی ، با فرمول مولکولی ABX3 است. A مخفف "شعاع بزرگ شعاع" ، B برای "کاتیون فلزی" و X برای "آنیون هالوژن" است. A مخفف "کاتیون شعاع بزرگ" ، B مخفف "کاتیون فلزی" است و X مخفف "آنیون هالوژن" است. این سه یون می توانند از طریق ترتیب عناصر مختلف یا با تنظیم فاصله بین آنها ، از جمله اما محدود به عایق ، فروالکتریک ، ضد فرومگنتیسم ، اثر مغناطیسی غول پیکر و غیره ، بسیاری از خصوصیات بدنی شگفت انگیز را به نمایش بگذارند.
"با توجه به ترکیب ابتدایی مواد ، پروسكیتها را می توان تقریباً به سه دسته تقسیم كرد: پروسكیتهای اکسید فلزی پیچیده ، پروسكیتهای هیبریدی ارگانیک و پروسكیتهای هالوژنه معدنی." لو Jingshan ، استاد دانشکده اطلاعات الکترونیکی و مهندسی نوری دانشگاه نانکای ، ارائه داد که تیتانیت های کلسیم که اکنون در فتوولتائیک استفاده می شود ، معمولاً دو مورد دوم هستند.
Perovskite را می توان در بسیاری از مزارع مانند نیروگاه های زمینی ، هوافضا ، ساخت و ساز و دستگاه های تولید برق پوشیدنی استفاده کرد. در میان آنها ، میدان فتوولتائیک منطقه اصلی کاربرد Perovskite است. ساختارهای تایتانیت کلسیم بسیار قابل طراحی هستند و عملکرد فتوولتائیک بسیار خوبی دارند که یک جهت تحقیق محبوب در زمینه فتوولتائیک در سالهای اخیر است.
صنعتی شدن Perovskite در حال تسریع است و شرکت های داخلی برای طرح بندی رقابت می کنند. گزارش شده است که 5000 قطعه اول ماژول های سنگ معدن کلسیم که از شرکت فناوری فوتوالکتریک Hangzhou Fina ارسال شده اند ، با مسئولیت محدود. شرکت Renshuo Photovoltaic (Suzhou) ، Ltd. همچنین در حال تسریع در ساخت بزرگترین 150 مگاوات کامل خط آزمایشی لمینیوم کلسیم کلسیم کلسیم است. Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MW کلسیم تیتانیوم سنگ معدن فتوولتائیک خط تولید در دسامبر سال 2022 به پایان رسید و ارزش خروجی سالانه می تواند پس از رسیدن به تولید ، به 300 میلیون یوان برسد.

سنگ معدن تیتانیوم کلسیم مزایای آشکاری در صنعت فتوولتائیک دارد

در صنعت فتوولتائیک ، Perovskite در سالهای اخیر تقاضای گرمی داشته است. دلیل ظهور آن به عنوان "مورد علاقه" در زمینه سلولهای خورشیدی به دلیل شرایط منحصر به فرد خاص خود است.
وی گفت: "اولا ، Perovskite دارای خواص عالی نوری عالی ، مانند شکاف باند قابل تنظیم ، ضریب جذب بالا ، انرژی اتصال کم اگزیتون ، تحرک حامل بالا ، تحمل نقص بالا و غیره است. ثانیا ، روند آماده سازی Perovskite ساده است و می تواند به شفافیت ، فوق العاده نور ، فوق العاده نازک ، انعطاف پذیری و غیره دست یابد. سرانجام ، مواد اولیه Perovskite به طور گسترده و فراوان هستند. " لوو جینگشان معرفی شد. و تهیه Perovskite همچنین به خلوص نسبتاً کم مواد اولیه نیاز دارد.
در حال حاضر ، میدان PV از تعداد زیادی سلولهای خورشیدی مبتنی بر سیلیکون استفاده می کند ، که می تواند به سیلیسون مونوکریستالی ، سیلیکون پلی کریستالی و سلولهای خورشیدی سیلیکون آمورف تقسیم شود. قطب تبدیل نظری فتوالکتریک سلولهای سیلیکون کریستالی 29.4 ٪ است و محیط آزمایشگاهی فعلی می تواند حداکثر 26.7 ٪ برسد که بسیار نزدیک به سقف تبدیل است. پیش بینی می شود که سود حاشیه ای پیشرفت تکنولوژیکی نیز کوچکتر و کوچکتر شود. در مقابل ، راندمان تبدیل فتوولتائیک سلولهای پروسکیت دارای ارزش قطب نظری بالاتری از 33 ٪ است ، و اگر دو سلول پروسسکیت در کنار هم جمع شوند ، راندمان تبدیل نظری می تواند به 45 ٪ برسد.
علاوه بر "کارآیی" ، یکی دیگر از عوامل مهم "هزینه" است. به عنوان مثال ، دلیل عدم کاهش هزینه نسل اول باتری های فیلم نازک این است که ذخایر کادمیوم و گالیم که عناصر نادر در زمین هستند ، بسیار کوچک هستند و در نتیجه صنعت توسعه یافته تر هرچه تقاضا بیشتر باشد ، هزینه تولید نیز بیشتر می شود و هرگز نتوانسته است به یک محصول اصلی تبدیل شود. مواد اولیه پروسکیت در مقادیر زیادی روی زمین توزیع می شود و قیمت آن نیز بسیار ارزان است.
علاوه بر این ، ضخامت پوشش سنگ معدن کلسیم تیتانیوم برای باتری های سنگ معدن کلسیم تیتانیوم تنها چند صد نانومتر است ، حدود 1/500th از ویفرهای سیلیکونی ، به این معنی که تقاضا برای مواد بسیار اندک است. به عنوان مثال ، تقاضای جهانی فعلی برای مواد سیلیکون برای سلولهای سیلیکون کریستالی حدود 500000 تن در سال است و اگر همه آنها با سلولهای پروسکیت جایگزین شوند ، فقط به حدود 1000 تن پروسکیت نیاز خواهد بود.
از نظر هزینه های تولید ، سلولهای سیلیکون کریستالی نیاز به تصفیه سیلیکون به 99.9999 ٪ دارند ، بنابراین سیلیکون باید تا 1400 درجه سانتیگراد گرم شود ، در مایع ذوب شود ، به میله ها و برش های گرد کشیده شود ، و سپس در سلول ها با حداقل چهار کارخانه و دو مونتاژ شود. تا سه روز در بین و مصرف انرژی بیشتر. در مقابل ، برای تولید سلولهای پروسسکیت ، فقط لازم است مایع پایه Perovskite را روی بستر بمالید و سپس منتظر تبلور باشید. کل فرآیند فقط شامل شیشه ، فیلم چسب ، پروسکیت و مواد شیمیایی است و می تواند در یک کارخانه تکمیل شود و کل فرآیند فقط 45 دقیقه طول می کشد.
"سلولهای خورشیدی تهیه شده از Perovskite دارای راندمان تبدیل عالی فوتوالکتریک هستند که در این مرحله به 25.7 ٪ رسیده است و ممکن است سلول های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون سنتی را در آینده جایگزین کند تا به جریان اصلی تجاری تبدیل شود." لو Jingshan گفت.
سه مشکل اساسی وجود دارد که برای ترویج صنعتی شدن باید حل شوند

در پیشبرد صنعتی شدن کلکوسیت ، مردم هنوز هم نیاز به حل 3 مشکل دارند ، یعنی ثبات طولانی مدت کلکوسیت ، آماده سازی منطقه بزرگ و سمیت سرب.
اول ، Perovskite نسبت به محیط بسیار حساس است و عواملی از قبیل دما ، رطوبت ، نور و بار مدار می تواند منجر به تجزیه پرووسکیت و کاهش کارایی سلول شود. در حال حاضر بیشتر ماژول های آزمایشگاهی Perovskite استاندارد بین المللی IEC 61215 برای محصولات فتوولتائیک را برآورده نمی کنند ، و همچنین به طول عمر 10-20 سال سلولهای خورشیدی سیلیکون نمی رسند ، بنابراین هزینه Perovskite هنوز در زمینه سنتی فتوولتائیک سودمند نیست. علاوه بر این ، مکانیسم تخریب Perovskite و دستگاه های آن بسیار پیچیده است ، و هیچ درک کاملاً روشنی از فرآیند در این زمینه وجود ندارد ، و همچنین یک استاندارد کمی یکپارچه وجود ندارد ، که برای تحقیقات پایداری مضر است.
مسئله مهم دیگر نحوه تهیه آنها در مقیاس بزرگ است. در حال حاضر ، هنگامی که مطالعات بهینه سازی دستگاه در آزمایشگاه انجام می شود ، منطقه نوری مؤثر دستگاه های مورد استفاده معمولاً کمتر از 1 cm2 است و وقتی صحبت از مرحله کاربرد تجاری اجزای در مقیاس بزرگ می شود ، روش های آماده سازی آزمایشگاه باید بهبود یابد یا جایگزین شد روشهای اصلی که در حال حاضر برای تهیه فیلم های پروسکیت در منطقه بزرگ کاربرد دارد ، روش راه حل و روش تبخیر خلاء است. در روش راه حل ، غلظت و نسبت محلول پیش ساز ، نوع حلال و زمان ذخیره سازی تأثیر زیادی در کیفیت فیلم های Perovskite دارد. روش تبخیر خلاء ، رسوب با کیفیت و کنترل قابل کنترل فیلم های Perovskite را تهیه می کند ، اما دستیابی به تماس خوب بین پیش سازها و بسترها دوباره دشوار است. علاوه بر این ، از آنجا که لایه حمل و نقل بار دستگاه Perovskite نیز باید در یک منطقه بزرگ تهیه شود ، یک خط تولید با رسوب مداوم هر لایه باید در تولید صنعتی ایجاد شود. به طور کلی ، فرایند آماده سازی منطقه بزرگ فیلم های نازک پروسسکیت هنوز هم نیاز به بهینه سازی بیشتر دارد.
سرانجام ، سمیت سرب نیز مسئله نگرانی است. در طی فرآیند پیری دستگاههای پروسکی با راندمان بالا ، Perovskite برای تولید یونهای سرب آزاد و مونومرهای سرب تجزیه خواهد شد که پس از ورود به بدن انسان ، برای سلامتی خطرناک خواهد بود.
لو Jingshan معتقد است که با بسته بندی دستگاه می توان مشکلاتی مانند ثبات را حل کرد. "اگر در آینده این دو مشکل حل شود ، یک فرآیند آماده سازی بالغ نیز وجود دارد ، همچنین می تواند دستگاه های پروسکیت را به شیشه شفاف تبدیل کند یا برای دستیابی به ادغام ساختمان فتوولتائیک ، یا در سطح ساختمانها انجام شود ، یا در دستگاه های قابل انعطاف برای هوافضا و ساخته شده است. زمینه های دیگر ، به طوری که پروسکیت در فضا بدون آب و محیط اکسیژن حداکثر نقش داشته باشد. " لو Jingshan در مورد آینده Perovskite اطمینان دارد.