En la industria fotovoltaica, perovskite ha tenido una demanda caliente en los últimos años. La razón por la que se ha convertido en el "favorito" en el campo de las células solares se debe a sus condiciones únicas. El mineral de titanio de calcio tiene muchas excelentes propiedades fotovoltaicas, proceso de preparación simple y una amplia gama de materias primas y contenido abundante. Además, la perovskita también se puede usar en plantas de energía en el suelo, aviación, construcción, dispositivos de generación de energía portátiles y muchos otros campos.
El 21 de marzo, Ningde Times solicitó la patente de "células solares de titanita de calcio y su método de preparación y dispositivo de energía". En los últimos años, con el apoyo de políticas y medidas nacionales, la industria del mineral de titanio de calcio, representada por células solares de mineral de calcio-titanio, ha hecho grandes pasos. Entonces, ¿qué es perovskite? ¿Cómo es la industrialización de perovskite? ¿Qué desafíos aún enfrentan? Ciencia y tecnología Daily Reporter entrevistó a los expertos relevantes.
La perovskita no es ni calcio ni titanio.
Las llamadas perovskitas no son ni calcio ni titanio, sino un término genérico para una clase de "óxidos cerámicos" con la misma estructura cristalina, con la fórmula molecular ABX3. A significa "catión de radio grande", B para "catión metálico" y X para "anión halógeno". A significa "catión de radio grande", B significa "catión metálico" y X significa "anión halógeno". Estos tres iones pueden exhibir muchas propiedades físicas sorprendentes a través de la disposición de diferentes elementos o ajustando la distancia entre ellos, incluidos, entre otros, aislamiento, ferroelectricidad, antiferromagnetismo, efecto magnético gigante, etc.
"Según la composición elemental del material, las perovskitas se pueden dividir aproximadamente en tres categorías: perovskitas complejas de óxido de metal, perovskitas híbridas orgánicas y perovskitas halogenadas inorgánicas". Luo Jingshan, profesor de la Escuela de Información Electrónica e Ingeniería Electrónica de la Universidad de Nankai, presentó que los titanitas de calcio ahora utilizados en fotovoltaicos suelen ser los dos últimos.
La perovskita se puede usar en muchos campos, como las centrales de energía terrestre, los dispositivos aeroespaciales, de construcción y generación de energía portátil. Entre ellos, el campo fotovoltaico es el área de aplicación principal de perovskite. Las estructuras de titanita de calcio son altamente designables y tienen un rendimiento fotovoltaico muy bueno, que es una dirección de investigación popular en el campo fotovoltaico en los últimos años.
La industrialización de perovskite se está acelerando, y las empresas nacionales compiten por el diseño. Se informa que las primeras 5,000 piezas de módulos de mineral de titanio de calcio se enviaron desde Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. también está acelerando la construcción de la línea piloto laminada de mineral de titanio de calcio de 150 MW más grande del mundo; Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MW El módulo fotovoltaico del mineral de calcio de calcio se ha completado y puesto en funcionamiento en diciembre de 2022, y el valor de salida anual puede alcanzar los 300 millones de yuanes después de alcanzar la producción.
El mineral de titanio de calcio tiene ventajas obvias en la industria fotovoltaica
En la industria fotovoltaica, perovskite ha tenido una demanda caliente en los últimos años. La razón por la que se ha convertido en el "favorito" en el campo de las células solares se debe a sus propias condiciones únicas.
“En primer lugar, perovskite tiene numerosas excelentes propiedades optoelectrónicas, como brecha de banda ajustable, alto coeficiente de absorción, energía de unión de excitón baja, alta movilidad portadora, alta tolerancia a defectos, etc.; En segundo lugar, el proceso de preparación de perovskite es simple y puede lograr translucencia, ultra ligera, ultra tinte, flexibilidad, etc. Finalmente, las materias primas de perovskite están ampliamente disponibles y abundantes ". Luo Jingshan introdujo. Y la preparación de perovskita también requiere una pureza relativamente baja de las materias primas.
En la actualidad, el campo fotovoltaico utiliza una gran cantidad de células solares a base de silicio, que se pueden dividir en silicio monocristalino, silicio policristalino y células solares de silicio amorfo. El polo de conversión fotoeléctrica teórica de las células de silicio cristalina es del 29.4%, y el entorno de laboratorio actual puede alcanzar un máximo de 26.7%, que está muy cerca del techo de la conversión; Es previsible que la ganancia marginal de mejora tecnológica también sea cada vez más pequeña. En contraste, la eficiencia de conversión fotovoltaica de las células de perovskita tiene un mayor valor de polo teórico del 33%, y si dos células perovskitas están apiladas hacia arriba y hacia abajo, la eficiencia de conversión teórica puede alcanzar el 45%.
Además de la "eficiencia", otro factor importante es el "costo". Por ejemplo, la razón por la cual el costo de la primera generación de baterías de película delgada no puede bajar es que las reservas de cadmio y galio, que son elementos raros en la Tierra, son demasiado pequeñas y, como resultado, más desarrolladas son la industria es, cuanto mayor sea la demanda, mayor será el costo de producción, y nunca ha podido convertirse en un producto convencional. Las materias primas de perovskite se distribuyen en grandes cantidades en la tierra, y el precio también es muy barato.
Además, el grosor del recubrimiento de mineral de titanio de calcio para las baterías de mineral de calcio-titanio es de solo unos pocos cientos de nanómetros, aproximadamente 1/500 de las obleas de silicio, lo que significa que la demanda del material es muy pequeña. Por ejemplo, la demanda global actual de material de silicio para células de silicio cristalina es de aproximadamente 500,000 toneladas por año, y si todas ellas se reemplazan con células de perovskita, solo se necesitarán alrededor de 1,000 toneladas de perovskita.
En términos de costos de fabricación, las células de silicio cristalinas requieren purificación de silicio al 99.9999%, por lo que el silicio debe calentarse a 1400 grados centígrados, derretirse en líquido, dibujar en varillas redondas y rodajas, y luego ensamblarse en células, con al menos cuatro fábricas y dos y dos a tres días en el medio y un mayor consumo de energía. En contraste, para la producción de células de perovskita, solo es necesario aplicar el líquido base de perovskita al sustrato y luego esperar la cristalización. Todo el proceso solo involucra vidrio, película adhesiva, perovskita y materiales químicos, y puede completarse en una fábrica, y todo el proceso solo lleva aproximadamente 45 minutos.
"Las células solares preparadas a partir de perovskite tienen una excelente eficiencia de conversión fotoeléctrica, que ha alcanzado el 25,7% en esta etapa, y pueden reemplazar las células solares tradicionales a base de silicio en el futuro para convertirse en la corriente principal comercial". Luo Jingshan dijo.
Hay tres problemas principales que deben resolverse para promover la industrialización.
Al avanzar en la industrialización de la calcocita, las personas aún necesitan resolver 3 problemas, a saber, la estabilidad a largo plazo de la calcocita, la preparación de área grande y la toxicidad del plomo.
Primero, la perovskita es muy sensible al medio ambiente, y los factores como la temperatura, la humedad, la luz y la carga del circuito pueden conducir a la descomposición de perovskita y la reducción de la eficiencia celular. Actualmente, la mayoría de los módulos de perovskita de laboratorio no cumplen con el estándar internacional IEC 61215 para productos fotovoltaicos, ni alcanzan la vida útil de 10-20 años de células solares de silicio, por lo que el costo de perovskite aún no es ventajoso en el campo fotovoltaico tradicional. Además, el mecanismo de degradación de perovskite y sus dispositivos es muy complejo, y no hay una comprensión muy clara del proceso en el campo, ni hay un estándar cuantitativo unificado, que es perjudicial para la investigación de estabilidad.
Otro problema importante es cómo prepararlos a gran escala. Actualmente, cuando los estudios de optimización de dispositivos se realizan en el laboratorio, el área de luz efectiva de los dispositivos utilizados generalmente es inferior a 1 cm2, y cuando se trata de la etapa de aplicación comercial de los componentes a gran escala, los métodos de preparación de laboratorio deben mejorarse o reemplazado. Los principales métodos actualmente aplicables a la preparación de películas de perovskita de gran área son el método de solución y el método de evaporación de vacío. En el método de solución, la concentración y la relación de la solución precursora, el tipo de solvente y el tiempo de almacenamiento tienen un gran impacto en la calidad de las películas de perovskite. El método de evaporación del vacío prepara la buena calidad y la deposición controlable de las películas de perovskita, pero nuevamente es difícil lograr un buen contacto entre precursores y sustratos. Además, debido a que la capa de transporte de carga del dispositivo perovskite también debe prepararse en un área grande, se debe establecer una línea de producción con deposición continua de cada capa en la producción industrial. En general, el proceso de preparación de gran área de películas delgadas de perovskite todavía necesita una mayor optimización.
Finalmente, la toxicidad del plomo también es un tema de preocupación. Durante el proceso de envejecimiento de los dispositivos actuales de perovskita de alta eficiencia, perovskite se descompondrá para producir iones de plomo y monómeros de plomo libres, lo que será peligroso para la salud una vez que ingresen al cuerpo humano.
Luo Jingshan cree que los problemas como la estabilidad pueden resolverse mediante envases de dispositivos. “Si en el futuro, estos dos problemas se resuelven, también hay un proceso de preparación maduro, también puede hacer dispositivos de perovskita en vidrio translúcido o hacer en la superficie de los edificios para lograr la integración de edificios fotovoltaicos o convertirse en dispositivos plegables flexibles para aeroespaciales y Otros campos, de modo que la perovskita en el espacio sin agua y entorno de oxígeno juega un papel máximo ". Luo Jingshan confía en el futuro de perovskite.
Tiempo de publicación: abril-15-2023