Фотоэлектрдик өнөр жайда перовскит акыркы жылдары кызуу суроо-талапка ээ. Анын күн батареялары тармагында «сүйүктүү» болуп чыгышынын себеби, анын өзгөчө шарттарында. Кальций титан рудасы көптөгөн сонун фотоэлектрдик касиеттерге, жөнөкөй даярдоо процессине жана чийки заттын кеңири спектрине жана мол мазмунга ээ. Мындан тышкары, перовскит жер электр станцияларында, авиацияда, курулушта, кийилүүчү электр энергиясын өндүрүүдө жана башка көптөгөн тармактарда колдонулушу мүмкүн.
21-мартта, Ningde Times "кальций титанит күн батареясы жана аны даярдоо ыкмасы жана электр аппараты" патент үчүн кайрылган. Акыркы жылдары ички саясаттын жана чаралардын колдоосу менен кальций-титан рудасынын күн батареялары менен көрсөтүлгөн кальций-титан рудасы ири ийгиликтерге жетишти. Ошентип, перовскит деген эмне? Перовскитти индустриялаштыруу кандай жүрүп жатат? Кандай кыйынчылыктар дагы эле туш болуп жатат? Science and Technology Daily кабарчысы тиешелүү адистер менен маектешти.
Перовскит кальций да, титан да эмес.
Перовскит деп аталгандар кальций да, титан да эмес, ABX3 молекулярдык формуласы менен бирдей кристалл түзүлүшү менен "керамикалык оксиддер" классынын жалпы термини. А “чоң радиус катион”, В “металл катион” жана X “галоген анион” дегенди билдирет. А "чоң радиус катион" дегенди билдирет, B "металл катион" жана X "галоген анион" дегенди билдирет. Бул үч ион ар кандай элементтерди жайгаштыруу же алардын ортосундагы аралыкты жөнгө салуу аркылуу көптөгөн укмуштуудай физикалык касиеттерди көрсөтө алат, анын ичинде изоляция, ферроэлектрдик, антиферромагнетизм, гиганттык магниттик эффект ж.б.
«Материалдын элементардык курамы боюнча перовскиттерди болжол менен үч категорияга бөлүүгө болот: татаал металл оксиди перовскиттери, органикалык гибриддик перовскиттер жана органикалык эмес галогендүү перовскиттер». Нанкай университетинин Электрондук маалымат жана оптикалык инженерия мектебинин профессору Луо Цзиншан азыр фотоэлектрде колдонулган кальций титаниттери көбүнчө акыркы экөө экенин тааныштырды.
перовскит жер үстүндөгү электр станциялары, аэрокосмостук, курулуш жана кийилүүчү электр энергиясын өндүрүүчү түзүлүштөр сыяктуу көптөгөн тармактарда колдонулушу мүмкүн. Алардын ичинен фотоэлектр талаасы перовскиттин негизги колдонуу аймагы болуп саналат. Кальций титанит структуралары жогорку долбоорлоо жана абдан жакшы photovoltaic аткарууга ээ, акыркы жылдары photovoltaic тармагында популярдуу изилдөө багыты болуп саналат.
Перовскитти индустриализациялоо тезде-тууде, ата мекендик ишканалар макет боюнча жарышууда. Бул Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd жөнөтүлгөн кальций титан рудасынын модулдардын биринчи 5000 даана деп билдирди; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. ошондой эле дүйнөдөгү эң ири 150 МВт толук кальций титан рудасынын ламинатталган пилоттук линиясынын курулушун тездетип жатат; Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MW кальций-титан рудасынын фотоэлектрдик модулунун өндүрүштүк линиясы 2022-жылдын декабрь айында бүткөрүлүп, ишке киргизилди жана жылдык өндүрүштүк наркы өндүрүшкө жеткенден кийин 300 миллион юанга жетиши мүмкүн.
Кальций титан рудасы фотоэлектрдик өнөр жайда ачык артыкчылыктарга ээ
Фотоэлектрдик өнөр жайда перовскит акыркы жылдары кызуу суроо-талапка ээ. Анын күн батареялары тармагында «сүйүктүү» болуп чыгышынын себеби, анын өзгөчө шарттарына байланыштуу.
«Биринчиден, перовскит көптөгөн эң сонун оптоэлектрондук касиеттерге ээ, мисалы, жөнгө салынуучу тилкелик боштук, жогорку жутуу коэффициенти, аз экситонду бириктирүү энергиясы, ташуучунун жогорку мобилдүүлүгү, кемчиликтерге толеранттуулук жана башкалар; экинчиден, перовскит даярдоо процесси жөнөкөй жана тунуктукка, ультра жеңилдикке, ультра ичкеликке, ийкемдүүлүккө ж. Ло Цзиншан тааныштырды. Ал эми перовскит даярдоо да чийки заттын салыштырмалуу төмөн тазалыгын талап кылат.
Азыркы учурда, PV талаасында кремний негизиндеги көп сандагы күн батареялары колдонулат, алар монокристалл кремний, поликристалл кремний жана аморфтук кремний күн батареяларына бөлүнөт. Кристаллдык кремний клеткаларынын теориялык фотоэлектрдик айландыруу уюлу 29,4% ды түзөт, ал эми учурдагы лабораториялык чөйрө 26,7% максимумга жетиши мүмкүн, бул конверсиянын шыпына абдан жакын; технологиялык өркүндөтүүнүн маржиналдык пайдасы да барган сайын кичирейе турганы болжолдонууда. Ал эми, перовскит клеткаларынын фотоэлектрдик конверсия эффективдүүлүгү 33% жогору теориялык уюлдук мааниге ээ, ал эми эки перовскит клеткасы өйдө жана ылдый тизилген болсо, теориялык конверсиянын эффективдүүлүгү 45% жетиши мүмкүн.
"Натыйжалуулуктан" тышкары дагы бир маанилүү фактор - "нарк". Маселен, биринчи муундагы жука пленкалуу батарейкалардын наркынын төмөндөй албай жатышынын себеби, жер бетинде сейрек кездешүүчү элементтер болгон кадмий менен галлийдин запасы өтө эле аз, натыйжада өнөр жайы канчалык өнүккөн. болуп саналат, суроо-талап көп, өндүрүштүн наркы жогору, жана ал эч качан негизги продукт боло алган эмес. Перовскиттин чийки заты жер бетине көп таралган, баасы да өтө арзан.
Мындан тышкары, кальций-титан рудасынын батареялары үчүн кальций-титан рудасынын каптоосунун калыңдыгы бир нече жүз нанометрди түзөт, бул кремний пластинкаларынын 1/500 бөлүгүн түзөт, бул материалга болгон суроо-талап абдан аз экенин билдирет. Мисалы, кристаллдык кремний клеткалары үчүн кремний материалына азыркы дүйнөлүк суроо-талап жылына болжол менен 500 миң тоннаны түзөт жана алардын бардыгын перовскит клеткалары менен алмаштырса, 1000 тоннага жакын гана перовскит керектелет.
Өндүрүштүк чыгымдар боюнча, кристаллдык кремний клеткалары кремнийди 99,9999% га чейин тазалоону талап кылат, ошондуктан кремнийди 1400 градус Цельсияга чейин ысытып, суюктукка эритип, тегерек таякчаларга жана кесимдерге тартып, андан кийин кеминде төрт завод жана экиден турган клеткаларга чогултуу керек. үч күнгө чейин жана көбүрөөк энергия керектөө. Ал эми, perovskite клеткаларды өндүрүү үчүн, ал субстрат үчүн perovskite базалык суюктук колдонуу жана андан кийин кристаллдашуу күтүү үчүн гана зарыл. Бүт процесс айнек, жабышчаак пленка, перовскит жана химиялык материалдарды гана камтыйт жана бир заводдо бүтүрсө болот жана бүт процесс 45 мүнөттөй гана убакытты алат.
"Перовскиттен даярдалган күн батареялары фотоэлектрдик конверсиянын эң сонун эффективдүүлүгүнө ээ, бул этапта 25,7% га жетти жана келечекте салттуу кремний негизиндеги күн батареяларын алмаштырып, коммерциялык негизги агымга айланат." — деди Луо Цзиншан.
Индустриялаштырууга көмөктөшүү үчүн үч негизги маселе чечилиши керек
Халькоцитти индустриализациялоону илгерилетүүдө, адамдар дагы эле 3 маселени чечиши керек, атап айтканда, халькоциттин узак мөөнөттүү туруктуулугу, чоң аянтты даярдоо жана коргошундун уулуулугу.
Биринчиден, перовскит айлана-чөйрөгө өтө сезгич жана температура, нымдуулук, жарык жана схеманын жүгү сыяктуу факторлор перовскиттин ыдырашына жана клетканын эффективдүүлүгүнүн төмөндөшүнө алып келиши мүмкүн. Учурда көпчүлүк лабораториялык перовскит модулдары фотоэлектрдик продуктулар үчүн IEC 61215 эл аралык стандартына жооп бербейт, ошондой эле кремний күн батареяларынын 10-20 жылдык өмүрүнө жетпейт, ошондуктан перовскиттин баасы салттуу фотоэлектр талаасында дагы деле пайдалуу эмес. Мындан тышкары, перовскиттин жана анын аппараттарынын деградация механизми өтө татаал, ал эми жер-жерлерде процессти так түшүнүү, туруктуулукту изилдөөгө зыян келтирүүчү бирдиктүү сандык стандарт жок.
Дагы бир орчундуу маселе, аларды кандай масштабда даярдоо керек. Азыркы учурда, лабораторияда аппаратты оптималдаштыруу боюнча изилдөөлөр жүргүзүлүп жатканда, колдонулган приборлордун эффективдүү жарык аянты адатта 1 см2ден аз, ал эми масштабдуу компоненттерди коммерциялык колдонуу стадиясына келгенде, лабораторияны даярдоо ыкмаларын өркүндөтүү керек. же алмаштырылды. Чоң аянттуу перовскит пленкаларын даярдоодо учурда колдонулуучу негизги ыкмалар эритме ыкмасы жана вакуумдук буулантуу ыкмасы болуп саналат. Эритме методунда перовскит пленкаларынын сапатына прекурсордук эритменин концентрациясы жана катышы, эриткичтин түрү жана сактоо убактысы чоң таасирин тийгизет. Вакуумдук буулантуу ыкмасы перовскит пленкаларынын сапаттуу жана башкарылуучу катмарын даярдайт, бирок прекурсорлор менен субстраттардын ортосунда жакшы байланышка жетишүү дагы кыйын. Мындан тышкары, перовскит аппаратынын заряд ташуучу катмары да чоң аянтта даярдалышы керек болгондуктан, өнөр жай өндүрүшүндө ар бир катмарды үзгүлтүксүз чөктүрүүчү өндүрүш линиясын түзүү керек. Жалпысынан алганда, перовскит жука пленкаларын чоң аянтты даярдоо процесси дагы эле оптималдаштырууну талап кылат.
Акыр-аягы, коргошун уулуулугу да тынчсыздандырган маселе болуп саналат. Учурдагы жогорку эффективдүү перовскит аппараттарынын эскирүү процессинде перовскит ыдырап, эркин коргошун иондорун жана коргошун мономерлерин чыгарат, алар адамдын организмине киргенден кийин ден соолукка коркунучтуу болот.
Луо Цзиншан стабилдүүлүк сыяктуу көйгөйлөрдү аппараттын таңгактоосу менен чечсе болот деп эсептейт. "Эгер келечекте бул эки маселе чечилсе, анда ошондой эле жетилген даярдоо процесси бар, ошондой эле перовскит түзүлүштөрүн тунук айнек кылып же имараттардын бетинде фотоэлектрдик имараттардын интеграциясына жетүү үчүн жасай алат, же аэрокосмостук жана мейкиндик үчүн ийкемдүү бүктөлүүчү түзүлүштөрдү жасай алат. башка талаалар, ошондуктан суу жана кычкылтек чөйрөсү жок космосто перовскит максималдуу ролду ойнойт. Луо Цзиншан перовскиттин келечегине ишенет.
Посттун убактысы: 2023-жылдын 15-апрелине чейин