Фотоэлектрлік өнеркәсіпте перовскит соңғы жылдары үлкен сұранысқа ие болды. Оның күн батареялары саласында «сүйікті» ретінде пайда болуының себебі оның ерекше жағдайларына байланысты. Кальций титан кені көптеген тамаша фотоэлектрлік қасиеттерге, қарапайым дайындау процесіне және шикізаттың кең ауқымына және мол мазмұнға ие. Сонымен қатар, перовскит жердегі электр станцияларында, авиацияда, құрылыста, киілетін электр энергиясын өндіру құрылғыларында және басқа да көптеген салаларда қолданылуы мүмкін.
21 наурызда Ningde Times «кальций титанит күн батареясы және оны дайындау әдісі мен қуат құрылғысы» патентіне өтінім берді. Соңғы жылдары ішкі саясат пен шаралардың қолдауымен кальций-титан рудасының күн батареяларымен ұсынылған кальций-титан кені өнеркәсібі үлкен жетістіктерге жетті. Сонымен, перовскит дегеніміз не? Перовскитті индустрияландыру қалай жүреді? Қандай қиындықтар әлі алда? Science and Technology Daily тілшісі тиісті мамандардан сұхбат алды.
Перовскит кальций де, титан да емес.
Перовскит деп аталатындар кальций де, титан да емес, кристалдық құрылымы бірдей, ABX3 молекулалық формуласы бар «керамикалық оксидтер» класының жалпы термині. A «үлкен радиус катионын», В «металл катионын» және X «галоген анионын» білдіреді. A «үлкен радиус катионын», В «металл катионын» және X «галоген анионын» білдіреді. Бұл үш ион әртүрлі элементтердің орналасуы немесе олардың арасындағы қашықтықты реттеу арқылы көптеген таңғажайып физикалық қасиеттерді көрсете алады, соның ішінде оқшаулау, ферроэлектрлік, антиферромагнетизм, үлкен магниттік әсер және т.б.
«Материалдың элементтік құрамына сәйкес перовскиттерді үш санатқа бөлуге болады: күрделі металл оксиді перовскиттері, органикалық гибридті перовскиттер және бейорганикалық галогенді перовскиттер». Нанкай университетінің электронды ақпарат және оптикалық инженерия мектебінің профессоры Луо Цзиньшань қазіргі кезде фотоэлектрлік құрылғыларда қолданылатын кальций титаниттері әдетте соңғы екеуі болып табылатынын таныстырды.
перовскит жердегі электр станциялары, аэроғарыш, құрылыс және киілетін электр энергиясын өндіру құрылғылары сияқты көптеген салаларда қолданылуы мүмкін. Олардың ішінде фотоэлектрлік өріс перовскиттің негізгі қолдану аймағы болып табылады. Кальций титанит құрылымдары жоғары дизайнға ие және өте жақсы фотоэлектрлік өнімділікке ие, бұл соңғы жылдары фотоэлектрлік өрісте танымал зерттеу бағыты болып табылады.
Перовскитті индустрияландыру жеделдеуде, ал отандық кәсіпорындар орналасу үшін бәсекелеседі. Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd компаниясынан жеткізілген алғашқы 5000 дана кальций титан рудасы модульдері; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. сонымен қатар әлемдегі ең үлкен 150 МВт толық кальций титан рудасының ламинатталған пилоттық желісінің құрылысын жеделдетуде; Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 МВт кальций-титан рудалы фотоэлектрлік модульді өндіру желісі 2022 жылдың желтоқсанында аяқталып, пайдалануға берілді және өндіріске жеткеннен кейін жылдық өнім құны 300 миллион юаньға жетуі мүмкін.
Кальций титан кені фотоэлектрлік өнеркәсіпте айқын артықшылықтарға ие
Фотоэлектрлік өнеркәсіпте перовскит соңғы жылдары үлкен сұранысқа ие болды. Оның күн батареялары саласында «сүйікті» ретінде пайда болуының себебі оның өзіндік ерекше жағдайларына байланысты.
«Біріншіден, перовскит көптеген тамаша оптоэлектрондық қасиеттерге ие, мысалы, реттелетін жолақ саңылауы, жоғары сіңіру коэффициенті, төмен қоздырғышты байланыстыру энергиясы, жоғары тасымалдаушы қозғалғыштығы, жоғары ақауларға төзімділік және т.б.; екіншіден, перовскитті дайындау процесі қарапайым және мөлдірлікке, ультра жеңілдікке, ультра жұқалыққа, икемділікке және т.б. қол жеткізе алады. Соңында, перовскит шикізаты кеңінен қол жетімді және мол». Ло Цзиншан таныстырды. Ал перовскитті дайындау да шикізаттың салыстырмалы түрде төмен тазалығын талап етеді.
Қазіргі уақытта PV өрісінде кремний негізіндегі күн батареяларының көп саны қолданылады, оларды монокристалды кремний, поликристалды кремний және аморфты кремний күн элементтеріне бөлуге болады. Кристалды кремний жасушаларының теориялық фотоэлектрлік түрлендіру полюсі 29,4% құрайды, ал қазіргі зертханалық орта 26,7% максимумға жетуі мүмкін, бұл конверсия төбесіне өте жақын; технологиялық жетілдірудің шекті табысы да азайып, азаяды деп болжауға болады. Керісінше, перовскит жасушаларының фотоэлектрлік түрлендіру тиімділігі 33% жоғары теориялық полюстік мәнге ие, ал егер екі перовскит ұяшықтары жоғары және төмен қабаттасса, теориялық түрлендіру тиімділігі 45% жетуі мүмкін.
«Тиімділіктен» басқа тағы бір маңызды фактор «шығын». Мысалы, жұқа пленкалы аккумуляторлардың бірінші буынының құны төмендей алмауының себебі, жер бетіндегі сирек элементтер болып табылатын кадмий мен галлий қорының тым аздығы, соның салдарынан өндірістің дамығандығы. сұраныс неғұрлым көп болса, өндіріс құны соғұрлым жоғары болады және ол ешқашан негізгі өнім бола алмады. Перовскит шикізаты жер бетінде көп мөлшерде таралған, бағасы да өте арзан.
Сонымен қатар, кальций-титан рудасының батареяларына арналған кальций-титан рудасының жабынының қалыңдығы бірнеше жүз нанометрді құрайды, кремний пластинкаларының шамамен 1/500-і, бұл материалға сұраныстың өте аз екенін білдіреді. Мысалы, кристалды кремний элементтеріне арналған кремний материалына қазіргі әлемдік сұраныс жылына шамамен 500 000 тоннаны құрайды, ал егер олардың барлығы перовскит жасушаларымен ауыстырылса, шамамен 1000 тонна перовскит қажет болады.
Өндіріс шығындарына келетін болсақ, кристалды кремний жасушалары кремнийді 99,9999% дейін тазартуды қажет етеді, сондықтан кремнийді 1400 градус Цельсийге дейін қыздырып, сұйықтыққа балқытып, дөңгелек шыбықтар мен тілімдерге тарту керек, содан кейін кем дегенде төрт зауыт және екі бар ұяшықтарға жиналуы керек. арасында үш күнге дейін және көбірек қуат тұтыну. Керісінше, перовскит жасушаларын өндіру үшін тек субстратқа перовскит негізіндегі сұйықтықты жағып, содан кейін кристалдануды күту керек. Бүкіл процесс тек әйнек, жабысқақ пленка, перовскит және химиялық материалдарды қамтиды және бір зауытта аяқталуы мүмкін және бүкіл процесс шамамен 45 минутты алады.
«Перовскиттен дайындалған күн батареялары фотоэлектрлік түрлендірудің тамаша тиімділігіне ие, ол осы кезеңде 25,7% жетті және болашақта дәстүрлі кремний негізіндегі күн батареяларын алмастыра алады және коммерциялық негізгі ағымға айналуы мүмкін». - деді Лу Цзиньшань.
Индустрияландыруды ілгерілету үшін шешуді қажет ететін үш негізгі мәселе бар
Халькоцитті индустрияландыруды ілгерілетуде адамдар әлі де 3 мәселені шешуі керек, атап айтқанда халькоциттің ұзақ мерзімді тұрақтылығы, үлкен аумақты дайындау және қорғасынның уыттылығы.
Біріншіден, перовскит қоршаған ортаға өте сезімтал және температура, ылғалдылық, жарық және контур жүктемесі сияқты факторлар перовскиттің ыдырауына және жасуша тиімділігінің төмендеуіне әкелуі мүмкін. Қазіргі уақытта зертханалық перовскит модульдерінің көпшілігі фотоэлектрлік өнімдерге арналған IEC 61215 халықаралық стандартына сәйкес келмейді, сондай-ақ кремний күн батареяларының 10-20 жылдық қызмет ету мерзіміне жетпейді, сондықтан дәстүрлі фотоэлектрлік өрісте перовскит құны әлі де тиімді емес. Сонымен қатар, перовскит пен оның құрылғыларының ыдырау механизмі өте күрделі және далада процесс туралы өте нақты түсінік жоқ, тұрақтылықты зерттеуге зиян келтіретін бірыңғай сандық стандарт жоқ.
Тағы бір маңызды мәселе - оларды қалай кең көлемде дайындау. Қазіргі уақытта зертханада құрылғыны оңтайландыру бойынша зерттеулер жүргізілген кезде қолданылатын құрылғылардың тиімді жарық ауданы әдетте 1 см2-ден аз болады, ал ауқымды компоненттерді коммерциялық қолдану кезеңіне келгенде, зертханалық дайындық әдістерін жетілдіру қажет. немесе ауыстырылады. Қазіргі уақытта үлкен аумақты перовскит пленкаларын дайындау үшін қолданылатын негізгі әдістер ерітінді әдісі және вакуумды булану әдісі болып табылады. Ерітінді әдісінде перовскит пленкаларының сапасына прекурсорлық ерітіндінің концентрациясы мен қатынасы, еріткіштің түрі және сақтау уақыты үлкен әсер етеді. Вакуумды булану әдісі перовскит пленкаларының сапалы және бақыланатын тұндыруын дайындайды, бірақ прекурсорлар мен субстраттар арасында жақсы байланысқа жету тағы да қиын. Сонымен қатар, перовскит құрылғысының зарядты тасымалдау қабатын да үлкен аумақта дайындау қажет болғандықтан, өнеркәсіптік өндірісте әрбір қабаттың үздіксіз шөгіндісі бар өндірістік желіні құру қажет. Тұтастай алғанда, перовскиттік жұқа пленкаларды үлкен аумақта дайындау процесі әлі де одан әрі оңтайландыруды қажет етеді.
Ақырында, қорғасынның уыттылығы да алаңдататын мәселе. Қазіргі жоғары тиімді перовскит құрылғыларының қартаю процесі кезінде перовскит ыдырап бос қорғасын иондары мен қорғасын мономерлерін шығарады, олар адам ағзасына енгеннен кейін денсаулыққа қауіпті болады.
Луо Цзиншан тұрақтылық сияқты мәселелерді құрылғыны орау арқылы шешуге болады деп санайды. «Егер болашақта осы екі мәселе шешілсе, сонымен қатар піскен дайындық процесі бар, сонымен қатар перовскит құрылғыларын мөлдір шыныға айналдыра алады немесе фотоэлектрлік ғимарат интеграциясына қол жеткізу үшін ғимараттардың бетінде жасай алады немесе аэроғарыштық және икемді жиналмалы құрылғыларды жасай алады. басқа өрістер, сусыз және оттегі ортасы жоқ кеңістікте перовскит максималды рөл атқаруы үшін ». Луо Цзиншан перовскиттің болашағына сенімді.
Жіберу уақыты: 15 сәуір-2023 ж