Fotovoltaik sənayedə perovskite son illərdə böyük tələbat var. Onun günəş batareyaları sahəsində “sevimli” olmasının səbəbi özünəməxsus şəraiti ilə bağlıdır. Kalsium titan filizi bir çox əla fotovoltaik xüsusiyyətlərə, sadə hazırlıq prosesinə və geniş çeşiddə xammallara və bol məzmuna malikdir. Bundan əlavə, perovskit yerüstü elektrik stansiyalarında, aviasiyada, tikintidə, geyilə bilən enerji istehsal cihazlarında və bir çox başqa sahələrdə də istifadə oluna bilər.
Martın 21-də Ningde Times "kalsium titanit günəş batareyası və onun hazırlanma üsulu və güc cihazı" patenti üçün müraciət etdi. Son illərdə daxili siyasət və tədbirlərin dəstəyi ilə kalsium-titan filizi günəş batareyaları ilə təmsil olunan kalsium-titan filizi sənayesi böyük irəliləyişlər əldə etdi. Beləliklə, perovskit nədir? Perovskitin sənayeləşməsi necədir? Hələ hansı çətinliklərlə üzləşir? “Science and Technology Daily” müxbiri müvafiq ekspertlərlə görüşüb.
Perovskit nə kalsium, nə də titandır.
Perovskitlər nə kalsium, nə də titan deyil, eyni kristal quruluşa malik, molekulyar düstur ABX3 olan “keramika oksidləri” sinfi üçün ümumi termindir. A “böyük radius kation”, B “metal kation” və X “halogen anion” deməkdir. A "böyük radius kation", B "metal kation" və X "halogen anion" deməkdir. Bu üç ion müxtəlif elementlərin düzülüşü və ya aralarındakı məsafənin tənzimlənməsi yolu ilə bir çox heyrətamiz fiziki xüsusiyyətlər nümayiş etdirə bilər, o cümlədən izolyasiya, ferroelektrik, antiferromaqnetizm, nəhəng maqnit effekti və s.
"Materialın elementar tərkibinə görə, perovskitləri təxminən üç kateqoriyaya bölmək olar: mürəkkəb metal oksidi perovskitlər, üzvi hibrid perovskitlər və qeyri-üzvi halogenləşdirilmiş perovskitlər." Nankai Universitetinin Elektron İnformasiya və Optik Mühəndislik Məktəbinin professoru Luo Jinqşan təqdim etdi ki, hazırda fotovoltaiklərdə istifadə olunan kalsium titanitləri adətən sonuncu ikisidir.
perovskit yerüstü elektrik stansiyaları, aerokosmik, tikinti və geyilə bilən enerji istehsal cihazları kimi bir çox sahədə istifadə edilə bilər. Onların arasında fotovoltaik sahə perovskitin əsas tətbiq sahəsidir. Kalsium titanit strukturları yüksək dizayn qabiliyyətinə malikdir və son illərdə fotovoltaik sahədə məşhur tədqiqat istiqaməti olan çox yaxşı fotovoltaik performansa malikdir.
Perovskitin sənayeləşməsi sürətlənir və yerli müəssisələr layout üçün rəqabət aparırlar. Bildirilir ki, Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd-dən göndərilən ilk 5000 ədəd kalsium titan filizi modulu; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. həmçinin dünyanın ən böyük 150 MVt gücündə tam kalsium titan filizi laminatlı pilot xəttinin tikintisini sürətləndirir; Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MW kalsium-titan filizi fotovoltaik modul istehsal xətti tamamlanaraq 2022-ci ilin dekabr ayında istifadəyə verilmişdir və istehsala çatdıqdan sonra illik istehsal dəyəri 300 milyon yuana çata bilər.
Kalsium titan filizi fotovoltaik sənayedə aşkar üstünlüklərə malikdir
Fotovoltaik sənayedə perovskite son illərdə böyük tələbat var. Onun günəş batareyaları sahəsində “sevimli” olmasının səbəbi özünəməxsus şəraiti ilə bağlıdır.
“Birincisi, perovskit çoxlu əla optoelektronik xüsusiyyətlərə malikdir, məsələn, tənzimlənən zolaq boşluğu, yüksək udma əmsalı, aşağı eksiton bağlama enerjisi, yüksək daşıyıcı hərəkətlilik, yüksək qüsurlara dözümlülük və s.; ikincisi, perovskitin hazırlanması prosesi sadədir və şəffaflıq, ultra yüngüllük, ultra naziklik, elastiklik və s. əldə edə bilir. Nəhayət, perovskit xammalı geniş şəkildə mövcuddur və boldur”. Luo Jingshan təqdim etdi. Perovskitin hazırlanması da xammalın nisbətən aşağı saflığını tələb edir.
Hazırda PV sahəsində monokristal silikon, polikristal silisium və amorf silikon günəş elementlərinə bölünə bilən çoxlu sayda silikon əsaslı günəş hüceyrələrindən istifadə olunur. Kristal silisium hüceyrələrinin nəzəri fotoelektrik çevrilmə qütbü 29,4% -dir və mövcud laboratoriya mühiti maksimum 26,7% -ə çata bilər, bu da çevrilmə tavanına çox yaxındır; texnoloji təkmilləşdirmənin marjinal qazancının da getdikcə daha kiçik olacağı proqnozlaşdırıla bilər. Bunun əksinə olaraq, perovskit hüceyrələrinin fotovoltaik çevrilmə səmərəliliyi daha yüksək nəzəri qütb dəyərinə malikdir 33% və iki perovskit hüceyrəsi yuxarı və aşağı yığılsa, nəzəri çevrilmə səmərəliliyi 45% -ə çata bilər.
“Səmərəlilik”lə yanaşı, digər mühüm amil “xərc”dir. Məsələn, birinci nəsil nazik plyonkalı akkumulyatorların maya dəyərinin aşağı düşə bilməməsinin səbəbi yer üzündə nadir elementlər olan kadmium və qalium ehtiyatlarının çox az olması və nəticədə sənayenin daha çox inkişaf etməsidir. Tələb nə qədər çox olarsa, istehsal maya dəyəri bir o qədər yüksək olur və o, heç vaxt əsas məhsula çevrilə bilməyib. Perovskitin xammalı yer üzündə böyük miqdarda paylanır və qiyməti də çox ucuzdur.
Bundan əlavə, kalsium-titan filizi batareyaları üçün kalsium-titan filizi örtüyünün qalınlığı yalnız bir neçə yüz nanometrdir, silikon vaflilərin təxminən 1/500-üdür, bu da materiala tələbatın çox kiçik olduğunu göstərir. Məsələn, hazırda kristal silisium elementləri üçün silisium materialına qlobal tələbat ildə təqribən 500 min ton təşkil edir və onların hamısı perovskit elementləri ilə əvəz olunarsa, cəmi 1000 ton perovskitə ehtiyac olacaq.
İstehsal xərcləri baxımından, kristal silisium hüceyrələri 99,9999% -ə qədər silisiumun təmizlənməsini tələb edir, buna görə də silikon 1400 dərəcə Selsiyə qədər qızdırılmalı, maye halına salınmalı, yuvarlaq çubuqlara və dilimlərə çəkilməlidir və sonra ən azı dörd fabrik və iki ilə hüceyrələrə yığılmalıdır. arasında üç gün və daha çox enerji istehlakı. Bunun əksinə olaraq, perovskit hüceyrələrinin istehsalı üçün, yalnız perovskit əsas mayesini substrata tətbiq etmək və sonra kristallaşmanı gözləmək lazımdır. Bütün proses yalnız şüşə, yapışqan film, perovskit və kimyəvi materiallardan ibarətdir və bir fabrikdə tamamlana bilər və bütün proses cəmi 45 dəqiqə çəkir.
"Perovskitdən hazırlanmış günəş hüceyrələri əla fotoelektrik çevrilmə səmərəliliyinə malikdir, bu mərhələdə 25,7% -ə çatmışdır və gələcəkdə ənənəvi silikon əsaslı günəş batareyalarını əvəz edə bilər." Luo Jingshan bildirib.
Sənayeləşməni təşviq etmək üçün həll edilməli olan üç əsas problem var
Xalkositin sənayeləşməsini inkişaf etdirmək üçün insanlar hələ də 3 problemi həll etməlidirlər, yəni xalkositin uzunmüddətli sabitliyi, geniş ərazinin hazırlanması və qurğuşunun toksikliyi.
Birincisi, perovskit ətraf mühitə çox həssasdır və temperatur, rütubət, işıq və dövrə yükü kimi amillər perovskitin parçalanmasına və hüceyrə səmərəliliyinin azalmasına səbəb ola bilər. Hal-hazırda laboratoriya perovskit modullarının əksəriyyəti fotovoltaik məhsullar üçün IEC 61215 beynəlxalq standartına cavab vermir, nə də silikon günəş batareyalarının 10-20 illik ömrünə çatmır, buna görə də perovskitin dəyəri ənənəvi fotovoltaik sahədə hələ də sərfəli deyil. Bundan əlavə, perovskitin və onun cihazlarının deqradasiya mexanizmi çox mürəkkəbdir və bu sahədə nə prosesin çox aydın şəkildə başa düşülməsi, nə də sabitliyin tədqiqatına zərər verən vahid kəmiyyət standartı yoxdur.
Digər əsas məsələ onların geniş miqyasda necə hazırlanmasıdır. Hal-hazırda laboratoriyada cihazın optimallaşdırılması üzrə tədqiqatlar aparıldıqda, istifadə olunan cihazların effektiv işıq sahəsi adətən 1 sm2-dən az olur və geniş miqyaslı komponentlərin kommersiya tətbiqi mərhələsinə gəldikdə isə laboratoriyanın hazırlanması üsullarının təkmilləşdirilməsi lazımdır. və ya dəyişdirilir. Hazırda geniş sahəli perovskit plyonkalarının hazırlanmasında tətbiq olunan əsas üsullar məhlul üsulu və vakuum buxarlandırma üsuludur. Məhlul üsulunda prekursor məhlulunun konsentrasiyası və nisbəti, həlledicinin növü və saxlama müddəti perovskit plyonkalarının keyfiyyətinə böyük təsir göstərir. Vakuum buxarlanma üsulu perovskit filmlərinin keyfiyyətli və idarə oluna bilən çöküntüsünü hazırlayır, lakin prekursorlar və substratlar arasında yaxşı əlaqə əldə etmək yenə çətindir. Bundan əlavə, perovskit qurğusunun yük daşıma qatının da böyük bir ərazidə hazırlanması lazım olduğundan, sənaye istehsalında hər bir təbəqənin davamlı çökməsi ilə istehsal xəttinin qurulması lazımdır. Bütövlükdə, perovskit nazik plyonkaların geniş ərazilərdə hazırlanması prosesi hələ də əlavə optimallaşdırma tələb edir.
Nəhayət, qurğuşunun toksikliyi də narahatlıq doğuran məsələdir. Hazırkı yüksək effektivliyə malik perovskit cihazlarının qocalma prosesi zamanı perovskit parçalanaraq sərbəst qurğuşun ionları və qurğuşun monomerləri əmələ gətirir ki, bu da insan orqanizminə daxil olduqdan sonra sağlamlıq üçün təhlükəli olacaqdır.
Luo Jingshan hesab edir ki, sabitlik kimi problemləri cihazın qablaşdırılması ilə həll etmək olar. “Əgər gələcəkdə bu iki problem həll olunarsa, yetkin bir hazırlıq prosesi də var, həmçinin perovskit cihazlarını şəffaf şüşəyə çevirə və ya binaların səthində fotovoltaik bina inteqrasiyasına nail olmaq üçün edə bilər və ya aerokosmik və kosmos üçün çevik qatlanan cihazlara çevrilə bilər. digər sahələr, beləliklə, su və oksigen mühiti olmayan kosmosda perovskit maksimum rol oynasın. Luo Jingshan perovskitin gələcəyinə əmindir.
Göndərmə vaxtı: 15 aprel 2023-cü il