في صناعة الكهروضوئية ، كان Perovskite في الطلب الساخن في السنوات الأخيرة. السبب وراء ظهورها كـ "المفضل" في مجال الخلايا الشمسية يرجع إلى ظروفها الفريدة. يحتوي Ore Titanium Ore على العديد من الخصائص الكهروضوئية الممتازة ، وعملية إعداد بسيطة ، ومجموعة واسعة من المواد الخام والمحتوى الوفير. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أيضًا استخدام Perovskite في محطات الطاقة الأرضية والطيران والبناء وأجهزة توليد الطاقة التي يمكن ارتداؤها والعديد من المجالات الأخرى.
في 21 مارس ، تقدمت Ningde Times بطلب للحصول على براءة اختراع "خلية شمسية الكالسيوم Titanite وطريقة إعدادها وجهاز الطاقة". في السنوات الأخيرة ، بدعم من السياسات والتدابير المحلية ، فإن صناعة خام الكالسيوم-تيتانيوم ، الممثلة في الخلايا الشمسية خام الكالسيوم-تيتانيوم ، قد اختارت خطوات كبيرة. إذن ما هو Perovskite؟ كيف هو تصنيع Perovskite؟ ما هي التحديات التي لا تزال تواجه؟ أجرى المراسل اليومي للعلوم والتكنولوجيا مقابلة مع الخبراء المعنيين.
Perovskite ليس الكالسيوم ولا التيتانيوم.
ما يسمى بيروفسكيتس ليس الكالسيوم ولا التيتانيوم ، ولكن مصطلح عام لفئة من "أكاسيد السيراميك" مع نفس التركيب البلوري ، مع الصيغة الجزيئية ABX3. يرمز إلى "الكاتيون الكبير الكبير" ، و B لـ "الكاتيون المعدني" و X لـ "أنيون الهالوجين". يرمز A عن "الكاتيون الكبير الكبير" ، B تعني "الكاتيون المعدني" و X تعني "أنيون الهالوجين". يمكن لهذه الأيونات الثلاثة أن تظهر العديد من الخصائص الفيزيائية المذهلة من خلال ترتيب عناصر مختلفة أو عن طريق ضبط المسافة بينها ، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر العزل ، الكهروضوئية ، مضادات العنق المغناطيسية ، التأثير المغناطيسي العملاق ، إلخ.
"وفقًا للتكوين الأولي للمادة ، يمكن تقسيم Perovskites تقريبًا إلى ثلاث فئات: بيروفسكيتس أكسيد المعادن المعقدة ، وبيروفسكيتس هجين عضوي ، وبيروفسكيتسكيت غير عضوي." قدم لوو جينغشان ، أستاذ في كلية المعلومات الإلكترونية والهندسة البصرية بجامعة نانكاي ، أن تيغتانيات الكالسيوم المستخدمة الآن في الخلايا الكهروضوئية هما الأخيران.
يمكن استخدام Perovskite في العديد من المجالات مثل محطات الطاقة الأرضية ، والفضاء ، والبناء ، وأجهزة توليد الطاقة التي يمكن ارتداؤها. من بينها ، الحقل الكهروضوئي هو منطقة التطبيق الرئيسية في Perovskite. هياكل التيتانيت الكالسيوم قابلة للتصميم بشكل كبير ولديها أداء جيد للغاية ، وهو اتجاه بحث شائع في مجال الكهروضوئي في السنوات الأخيرة.
تصنيع Perovskite يتسارع ، والمؤسسات المحلية تتنافس على التصميم. وتفيد التقارير أن أول 5000 قطعة من وحدات خام التيتانيوم الكالسيوم يتم شحنها من شركة Hangzhou Fina الكهروضوئية Co. ، Ltd ؛ تقوم شركة Renshuo Photovoltaic (Suzhou) ، Ltd. ، بتسريع بناء أكبر 150 ميجاوات طيار خام من خام من التيتانيوم الكالسيوم. تم الانتهاء من Kunshan GCL Ltelectric Materials Co.
خام التيتانيوم الكالسيوم لديه مزايا واضحة في صناعة الكهروضوئية
في صناعة الكهروضوئية ، كان Perovskite في الطلب الساخن في السنوات الأخيرة. السبب وراء ظهورها كـ "المفضل" في مجال الخلايا الشمسية يرجع إلى ظروفها الفريدة.
"أولاً ، يتمتع Perovskite بالعديد من الخصائص الإلكترونية البصرية الممتازة ، مثل فجوة النطاق القابلة للتعديل ، ومعامل الامتصاص العالي ، وطاقة ملزمة منخفضة ، وتنقل الناقل العالي ، وتحمل العيوب العالية ، وما إلى ذلك ؛ ثانياً ، فإن عملية تحضير Perovskite بسيطة ويمكنها تحقيق الشفرة ، والإضاءة الفائقة ، والراحة الفائقة ، والمرونة ، وما إلى ذلك. وأخيراً ، تكون المواد الخام Perovskite متاحة على نطاق واسع ووفرة. " قدم لوو جينغشان. ويتطلب إعداد Perovskite أيضًا نقاءًا منخفضًا نسبيًا للمواد الخام.
في الوقت الحاضر ، يستخدم حقل PV عددًا كبيرًا من الخلايا الشمسية القائمة على السيليكون ، والتي يمكن تقسيمها إلى السيليكون أحادي البلورة ، والسيليكون متعدد البلورات ، والخلايا الشمسية السيليكون غير المتبلورة. يبلغ عمود التحويل الكهروضوئي النظري لخلايا السيليكون البلورية 29.4 ٪ ، ويمكن أن تصل بيئة المختبر الحالية إلى 26.7 ٪ كحد أقصى ، وهو قريب جدًا من سقف التحويل ؛ من المتوقع أن يصبح الكسب الهامشي للتحسين التكنولوجي أصغر وأصغر. في المقابل ، فإن كفاءة التحويل الكهروضوئية لخلايا Perovskite لها قيمة قطبية نظرية أعلى بنسبة 33 ٪ ، وإذا تم تكديس خلايا بيروفسكايت لأعلى ولأسفل ، فقد تصل كفاءة التحويل النظرية إلى 45 ٪.
بالإضافة إلى "الكفاءة" ، هناك عامل مهم آخر هو "التكلفة". على سبيل المثال ، السبب في أن تكلفة الجيل الأول من بطاريات الأفلام الرفيعة لا يمكن أن تنزل هو أن احتياطيات الكادميوم والغاليوم ، وهي عناصر نادرة على الأرض ، صغيرة جدًا ، ونتيجة لذلك ، كلما زادت نمو الصناعة هو ، كلما زاد الطلب ، كلما ارتفعت تكلفة الإنتاج ، ولم يتمكن أبدًا من أن يصبح منتجًا رئيسيًا. يتم توزيع المواد الخام من Perovskite بكميات كبيرة على الأرض ، والأسعار رخيصة جدا.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن سمك طلاء خام الكالسيوم-تيتانيوم لبطاريات خام الكالسيوم-تيتانيوم ليس سوى بضع مئات من النانومتر ، حوالي 1/500 من رقائق السيليكون ، مما يعني أن الطلب على المادة صغير جدًا. على سبيل المثال ، يبلغ الطلب العالمي الحالي لمادة السيليكون لخلايا السيليكون البلورية حوالي 500000 طن سنويًا ، وإذا تم استبدالها جميعًا بخلايا بيروفسكايت ، فلن تكون هناك حاجة إلى حوالي 1000 طن فقط من البيروفسكايت.
من حيث تكاليف التصنيع ، تتطلب خلايا السيليكون البلورية تنقية السيليكون إلى 99.9999 ٪ ، لذلك يجب تسخين السيليكون إلى 1400 درجة مئوية ، ويذوب في سائل ، ومرسى في قضبان مستديرة وشرائح ، ثم تجميعها في خلايا ، مع أربعة مصانع واثنين على الأقل من المصانع واثنين إلى ثلاثة أيام بينهما ، واستهلاك الطاقة أكبر. في المقابل ، بالنسبة لإنتاج خلايا Perovskite ، من الضروري فقط تطبيق السائل قاعدة Perovskite على الركيزة ثم انتظر التبلور. لا تشمل العملية بأكملها سوى الفيلم الزجاجي والمادة اللاصقة والمواد البيروفسكايت والمواد الكيميائية ، ويمكن إكمالها في مصنع واحد ، وتستغرق العملية بأكملها حوالي 45 دقيقة فقط.
"تتمتع الخلايا الشمسية المحضرة من Perovskite كفاءة تحويل كهروضوئية ممتازة ، والتي وصلت إلى 25.7 ٪ في هذه المرحلة ، وقد تحل محل الخلايا الشمسية التقليدية القائمة على السيليكون في المستقبل لتصبح التيار التجاري." وقال لوو جينغشان.
هناك ثلاث مشاكل رئيسية تحتاج إلى حل لتعزيز التصنيع
في النهوض بتصنيع Chalcocite ، لا يزال الناس بحاجة إلى حل 3 مشاكل ، أي الاستقرار على المدى الطويل للكالكوسيت ، وإعداد مساحة كبيرة وسمية الرصاص.
أولاً ، يكون Perovskite حساسًا للغاية للبيئة ، ويمكن أن يؤدي عوامل مثل درجة الحرارة والرطوبة والضوء وحمل الدائرة إلى تحلل البيروفسكايت وتقليل كفاءة الخلية. في الوقت الحالي ، لا تفي معظم وحدات Perovskite المختبرية بالمعيار الدولي IEC 61215 للمنتجات الكهروضوئية ، ولا تصل إلى عمر الخلايا الشمسية السيليكون 10-20 ، وبالتالي فإن تكلفة البيروفسكايت لا تزال غير مفيدة في المجال الضوئي التقليدي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن آلية تدهور Perovskite وأجهزتها معقدة للغاية ، ولا يوجد فهم واضح للغاية للعملية في هذا المجال ، ولا يوجد معيار كمي موحد ، وهو يضر بأبحاث الثبات.
قضية رئيسية أخرى هي كيفية إعدادهم على نطاق واسع. حاليًا ، عندما يتم إجراء دراسات تحسين الجهاز في المختبر ، عادة ما تكون مساحة الضوء الفعالة للأجهزة المستخدمة أقل من 1 سم 2 ، وعندما يتعلق الأمر بمرحلة التطبيق التجارية للمكونات واسعة النطاق ، يجب تحسين طرق إعداد المختبر أو استبدال. الأساليب الرئيسية التي تنطبق حاليًا على إعداد أفلام بيروفسكايت ذات منطقة كبيرة هي طريقة الحل وطريقة تبخر الفراغ. في طريقة الحل ، يكون لتركيز ونسبة حل السلائف ونوع المذيبات ووقت التخزين تأثير كبير على جودة أفلام Perovskite. تستعد طريقة التبخر الفراغية ذات الجودة الجيدة والسيطرة على أفلام Perovskite ، ولكن من الصعب مرة أخرى تحقيق اتصال جيد بين السلائف والركائز. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن طبقة نقل الشحنة لجهاز Perovskite تحتاج أيضًا إلى إعدادها في منطقة كبيرة ، يجب إنشاء خط إنتاج مع ترسب مستمر لكل طبقة في الإنتاج الصناعي. بشكل عام ، لا تزال عملية التحضير الكبير للأفلام الرقيقة في بيروفسكايت تحتاج إلى مزيد من التحسين.
أخيرًا ، سمية الرصاص هي أيضًا قضية قلق. خلال عملية الشيخوخة لأجهزة Perovskite عالية الكفاءة الحالية ، سوف يتحلل Perovskite لإنتاج أيونات الرصاص الحرة ومونومرات الرصاص ، والتي ستكون خطرة على الصحة بمجرد دخولها جسم الإنسان.
يعتقد Luo Jingshan أن مشاكل مثل الاستقرار يمكن حلها عن طريق تغليف الأجهزة. "إذا تم حل هاتين المشكلتين في المستقبل ، فهناك أيضًا عملية تحضير ناضجة ، يمكن أيضًا جعل الأجهزة البيروفسكايت في زجاج شفاف أو القيام على سطح المباني لتحقيق تكامل البناء الكهروضوئي ، أو صنع في أجهزة مرنة قابلة للطي للفضاء والفضاء حقول أخرى ، بحيث بيروفسكايت في الفضاء بدون بيئة الماء والأكسجين تلعب دورًا أقصى ". Luo Jingshan واثق من مستقبل Perovskite.
وقت النشر: أبريل -15-2023