सौर्य सेल अनुप्रयोगहरूको लागि Perovskite को फाइदा र विपक्ष

फोटोभोल्टिक उद्योगमा, पेरोभस्काइट हालका वर्षहरूमा तातो मागमा रहेको छ। यो सौर्य कोशिकाको क्षेत्रमा "मनपर्ने" को रूपमा देखा पर्नुको कारण यसको अद्वितीय अवस्था हो। क्याल्सियम टाइटेनियम अयस्कमा धेरै उत्कृष्ट फोटोभोल्टिक गुणहरू, सरल तयारी प्रक्रिया, र कच्चा माल र प्रचुर मात्रामा सामग्रीको विस्तृत श्रृंखला छ। साथै, perovskite पनि ग्राउन्ड पावर प्लान्ट, उड्डयन, निर्माण, पहिरन योग्य ऊर्जा उत्पादन उपकरणहरू र अन्य धेरै क्षेत्रहरूमा प्रयोग गर्न सकिन्छ।
मार्च २१ मा, निङ्दे टाइम्सले "क्याल्सियम टाइटानाइट सोलार सेल र यसको तयारी विधि र शक्ति उपकरण" को पेटेन्टको लागि आवेदन दियो। हालैका वर्षहरूमा, घरेलु नीतिहरू र उपायहरूको समर्थनमा, क्याल्सियम-टाइटेनियम अयस्क उद्योग, क्याल्सियम-टाइटेनियम अयस्क सौर कक्षहरू द्वारा प्रतिनिधित्व गरिएको, ठूलो प्रगति भएको छ। त्यसैले perovskite के हो? पेरोभस्काइटको औद्योगिकीकरण कसरी हुन्छ? अझै कस्ता चुनौतीहरू सामना गरिरहेका छन्? विज्ञान तथा प्रविधि दैनिकका संवाददाताले सम्बन्धित विज्ञसँग अन्तर्वार्ता लिएका छन् ।

Perovskite न त क्याल्सियम हो न टाइटेनियम।

तथाकथित पेरोभस्काइटहरू न त क्याल्सियम वा टाइटेनियम हुन्, तर एउटै क्रिस्टल संरचना भएको "सिरेमिक अक्साइड" को वर्गको लागि एक सामान्य शब्द, आणविक सूत्र ABX3 सँग। A "ठूलो त्रिज्या क्यासन" को लागि खडा हुन्छ, B को लागि "मेटल क्याशन" र X को लागि "ह्यालोजन एनियन"। A "ठूलो त्रिज्या क्यासन" को लागि खडा हुन्छ, B को "धातु क्याशन" को लागि खडा हुन्छ र X को लागी "ह्यालोजन एनियन" हो। यी तीन आयनहरूले विभिन्न तत्वहरूको व्यवस्था मार्फत वा तिनीहरू बीचको दूरी समायोजन गरेर धेरै आश्चर्यजनक भौतिक गुणहरू प्रदर्शन गर्न सक्छन्, जसमा इन्सुलेशन, फेरोइलेक्ट्रिकिटी, एन्टिफेरोमॅग्नेटिज्म, विशाल चुम्बकीय प्रभाव, इत्यादिमा सीमित छैन।
"सामग्रीको मौलिक संरचना अनुसार, पेरोभस्काइटहरू लगभग तीन कोटिहरूमा विभाजन गर्न सकिन्छ: जटिल धातु अक्साइड पेरोभस्काइटहरू, जैविक हाइब्रिड पेरोभस्काइटहरू, र अकार्बनिक हलोजेनेटेड पेरोभस्काइटहरू।" नानकाई विश्वविद्यालयको इलेक्ट्रोनिक सूचना र अप्टिकल इन्जिनियरिङ्का प्रोफेसर लुओ जिङशानले अब फोटोभोल्टिकमा प्रयोग हुने क्याल्सियम टाइटनाइटहरू सामान्यतया पछिल्ला दुई हुन् भनेर परिचय दिए।
perovskite धेरै क्षेत्रहरूमा प्रयोग गर्न सकिन्छ जस्तै स्थलीय पावर प्लान्टहरू, एयरोस्पेस, निर्माण, र पहिरन योग्य ऊर्जा उत्पादन उपकरणहरू। तिनीहरूमध्ये, फोटोभोल्टिक क्षेत्र पेरोभस्काइटको मुख्य अनुप्रयोग क्षेत्र हो। क्याल्सियम टाइटनाइट संरचनाहरू अत्यधिक डिजाइन योग्य छन् र धेरै राम्रो फोटोभोल्टिक प्रदर्शन छ, जुन हालका वर्षहरूमा फोटोभोल्टिक क्षेत्रमा लोकप्रिय अनुसन्धान दिशा हो।
पेरोभस्काइटको औद्योगीकरणले गति लिइरहेको छ, र घरेलु उद्यमहरू लेआउटको लागि प्रतिस्पर्धा गर्दै छन्। यो रिपोर्ट गरिएको छ कि क्याल्सियम टाइटेनियम अयस्क मोड्युल को पहिलो 5,000 टुक्रा Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd बाट पठाइयो; रेन्शुओ फोटोभोल्टिक (सुझोउ) कं, लिमिटेडले विश्वको सबैभन्दा ठूलो 150 मेगावाट पूर्ण क्याल्सियम टाइटेनियम अयस्क लेमिनेटेड पायलट लाइनको निर्माणलाई पनि गति दिइरहेको छ; Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 मेगावाट क्याल्सियम-टाइटेनियम अयस्क फोटोभोल्टिक मोड्युल उत्पादन लाइन पूरा भएको छ र डिसेम्बर 2022 मा सञ्चालनमा राखिएको छ, र वार्षिक उत्पादन मूल्य उत्पादन पुगेपछि 300 मिलियन युआन पुग्न सक्छ।

क्याल्सियम टाइटेनियम अयस्कको फोटोभोल्टिक उद्योगमा स्पष्ट फाइदाहरू छन्

फोटोभोल्टिक उद्योगमा, पेरोभस्काइट हालका वर्षहरूमा तातो मागमा रहेको छ। यो सौर्य कोशिकाको क्षेत्रमा "मनपर्ने" को रूपमा देखा पर्नुको कारण यसको आफ्नै अद्वितीय अवस्था हो।
"सबैभन्दा पहिले, पेरोभस्काइटमा धेरै उत्कृष्ट ओप्टोइलेक्ट्रोनिक गुणहरू छन्, जस्तै समायोज्य ब्यान्ड ग्याप, उच्च अवशोषण गुणांक, कम एक्साइटन बाइन्डिङ ऊर्जा, उच्च क्यारियर गतिशीलता, उच्च दोष सहिष्णुता, आदि; दोस्रो, पेरोभस्काइटको तयारी प्रक्रिया सरल छ र यसले पारदर्शिता, अल्ट्रा-लाइटनेस, अल्ट्रा-थिननेस, लचिलोपन, आदि हासिल गर्न सक्छ। अन्तमा, पेरोभस्काइट कच्चा पदार्थहरू व्यापक रूपमा उपलब्ध र प्रचुर मात्रामा छन्।" लुओ जिङशानले परिचय दिए। र perovskite को तयारी पनि कच्चा माल को अपेक्षाकृत कम शुद्धता आवश्यक छ।
वर्तमानमा, PV क्षेत्रले ठूलो संख्यामा सिलिकन-आधारित सौर कक्षहरू प्रयोग गर्दछ, जसलाई मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकन, पोलिक्रिस्टलाइन सिलिकन, र अमोर्फस सिलिकन सौर कक्षहरूमा विभाजन गर्न सकिन्छ। क्रिस्टलीय सिलिकन सेलहरूको सैद्धान्तिक फोटोइलेक्ट्रिक रूपान्तरण पोल 29.4% हो, र हालको प्रयोगशाला वातावरण अधिकतम 26.7% पुग्न सक्छ, जुन रूपान्तरणको छतको धेरै नजिक छ; यो प्राविधिक सुधारको सीमान्त लाभ पनि सानो र सानो हुँदै जाने अनुमान छ। यसको विपरित, पेरोभस्काइट कक्षहरूको फोटोभोल्टिक रूपान्तरण दक्षताको उच्च सैद्धान्तिक ध्रुव मूल्य 33% छ, र यदि दुई पेरोभस्काइट कक्षहरू माथि र तल सँगै स्ट्याक गरिएको छ भने, सैद्धान्तिक रूपान्तरण दक्षता 45% पुग्न सक्छ।
"दक्षता" को अतिरिक्त, अर्को महत्त्वपूर्ण कारक "लागत" हो। उदाहरणका लागि, पातलो फिल्म ब्याट्रीको पहिलो पुस्ताको लागत घट्न नसक्नुको कारण यो हो कि क्याडमियम र ग्यालियमको भण्डार, जुन पृथ्वीमा दुर्लभ तत्वहरू छन्, धेरै सानो छन्, र परिणाम स्वरूप, उद्योगको विकास बढ्दै गएको छ। जति माग बढ्यो, उत्पादन लागत त्यति नै बढ्यो र यो कहिल्यै पनि मूलधारको उत्पादन बन्न सकेको छैन। perovskite को कच्चा माल पृथ्वी मा ठूलो मात्रा मा वितरण गरिन्छ, र मूल्य पनि धेरै सस्तो छ।
थप रूपमा, क्याल्सियम-टाइटेनियम अयस्क ब्याट्रीहरूको लागि क्याल्सियम-टाइटेनियम अयस्क कोटिंगको मोटाई केही सय न्यानोमिटर मात्र हो, सिलिकन वेफर्सको 1/500 औं, जसको मतलब सामग्रीको माग धेरै सानो छ। उदाहरण को लागी, क्रिस्टलीय सिलिकन कोशिकाहरु को लागी सिलिकन सामाग्री को लागि वर्तमान वैश्विक मांग प्रति वर्ष लगभग 500,000 टन छ, र यदि ती सबै perovskite कोशिकाहरु संग प्रतिस्थापित गरियो भने, केवल 1,000 टन perovskite को आवश्यकता हुनेछ।
निर्माण लागतको सन्दर्भमा, क्रिस्टलीय सिलिकन कोशिकाहरूलाई 99.9999% सम्म सिलिकन शुद्धीकरण चाहिन्छ, त्यसैले सिलिकनलाई 1400 डिग्री सेल्सियसमा तताउनु पर्छ, तरलमा पग्लिनु पर्छ, राउन्ड रडहरू र स्लाइसहरूमा तान्नु पर्छ, र त्यसपछि कम्तिमा चार कारखानाहरू र दुईवटा कारखानाहरू सहित कक्षहरूमा जम्मा गर्नुपर्छ। बीचमा तीन दिन, र अधिक ऊर्जा खपत। यसको विपरित, पेरोभस्काइट कोशिकाहरूको उत्पादनको लागि, सब्सट्रेटमा पेरोभस्काइट आधार तरल लागू गर्न र त्यसपछि क्रिस्टलाइजेशनको लागि पर्खनु मात्र आवश्यक छ। सम्पूर्ण प्रक्रियामा गिलास, टाँसेको फिल्म, पेरोभस्काइट र रासायनिक सामग्रीहरू मात्र समावेश हुन्छन्, र एक कारखानामा पूरा गर्न सकिन्छ, र सम्पूर्ण प्रक्रिया मात्र 45 मिनेट लाग्छ।
"पेरोभस्काइटबाट तयार पारिएका सौर्य कक्षहरूमा उत्कृष्ट फोटोइलेक्ट्रिक रूपान्तरण दक्षता छ, जुन यस चरणमा 25.7% पुगेको छ, र भविष्यमा व्यावसायिक मुख्यधारा बन्न परम्परागत सिलिकन-आधारित सौर्य कक्षहरू प्रतिस्थापन गर्न सक्छ।" लुओ जिङसानले भने ।
औद्योगिकीकरणलाई प्रवर्द्धन गर्न तीनवटा प्रमुख समस्या समाधान गर्न आवश्यक छ

chalcocite को औद्योगीकरण को प्रगति मा, मानिसहरू अझै 3 समस्याहरू समाधान गर्न आवश्यक छ, अर्थात् chalcocite को दीर्घकालीन स्थिरता, ठूलो क्षेत्र तयारी र सीसा को विषाक्तता।
पहिलो, पेरोभस्काइट वातावरणको लागि धेरै संवेदनशील छ, र तापमान, आर्द्रता, प्रकाश, र सर्किट लोड जस्ता कारकहरूले पेरोभस्काइटको विघटन र सेल दक्षतामा कमी ल्याउन सक्छ। हाल धेरै प्रयोगशाला पेरोभस्काइट मोड्युलहरूले फोटोभोल्टिक उत्पादनहरूका लागि IEC 61215 अन्तर्राष्ट्रिय मानक पूरा गर्दैनन्, न त तिनीहरू सिलिकन सौर सेलहरूको 10-20 वर्षको जीवनकालमा पुग्छन्, त्यसैले पेरोभस्काइटको लागत अझै पनि परम्परागत फोटोभोल्टिक क्षेत्रमा फाइदाजनक छैन। थप रूपमा, पेरोभस्काइट र यसका उपकरणहरूको गिरावट संयन्त्र धेरै जटिल छ, र त्यहाँ क्षेत्रमा प्रक्रियाको धेरै स्पष्ट समझ छैन, न त त्यहाँ एक एकीकृत मात्रात्मक मानक छ, जुन स्थिरता अनुसन्धानको लागि हानिकारक छ।
अर्को प्रमुख समस्या तिनीहरूलाई कसरी ठूलो मात्रामा तयार गर्ने हो। हाल, जब यन्त्र अनुकूलन अध्ययनहरू प्रयोगशालामा गरिन्छ, प्रयोग गरिएको उपकरणहरूको प्रभावकारी प्रकाश क्षेत्र सामान्यतया 1 सेमी 2 भन्दा कम हुन्छ, र जब यो ठूलो मात्रामा कम्पोनेन्टहरूको व्यावसायिक अनुप्रयोग चरणमा आउँछ, प्रयोगशाला तयारी विधिहरू सुधार गर्न आवश्यक छ। वा प्रतिस्थापित। ठूला-क्षेत्र पेरोभस्काइट फिल्महरूको तयारीमा हाल लागू हुने मुख्य विधिहरू समाधान विधि र भ्याकुम वाष्पीकरण विधि हुन्। समाधान विधिमा, पूर्ववर्ती समाधानको एकाग्रता र अनुपात, विलायकको प्रकार, र भण्डारण समयले पेरोभस्काइट फिल्महरूको गुणस्तरमा ठूलो प्रभाव पार्छ। भ्याकुम वाष्पीकरण विधिले पेरोभस्काइट फिल्महरूको राम्रो गुणस्तर र नियन्त्रणयोग्य निक्षेप तयार गर्दछ, तर पूर्ववर्ती र सब्सट्रेटहरू बीच राम्रो सम्पर्क प्राप्त गर्न फेरि गाह्रो छ। थप रूपमा, किनकि पेरोभस्काइट उपकरणको चार्ज यातायात तह पनि ठूलो क्षेत्रमा तयार गर्न आवश्यक छ, प्रत्येक तहको निरन्तर निक्षेपको साथ उत्पादन लाइन औद्योगिक उत्पादनमा स्थापना गर्न आवश्यक छ। समग्रमा, पेरोभस्काइट पातलो फिल्महरूको ठूलो-क्षेत्र तयारीको प्रक्रियालाई अझै पनि थप अनुकूलन आवश्यक छ।
अन्तमा, सीसाको विषाक्तता पनि चिन्ताको विषय हो। हालको उच्च-दक्षता पेरोभस्काइट उपकरणहरूको बुढ्यौली प्रक्रियाको क्रममा, पेरोभस्काइटले नि: शुल्क लिड आयनहरू र सीसा मोनोमरहरू उत्पादन गर्न विघटन गर्नेछ, जुन मानव शरीरमा प्रवेश गरेपछि स्वास्थ्यको लागि खतरनाक हुनेछ।
लुओ जिङशान विश्वास गर्छन् कि स्थिरता जस्ता समस्याहरू उपकरण प्याकेजिङद्वारा समाधान गर्न सकिन्छ। "यदि भविष्यमा, यी दुई समस्याहरू समाधान भएमा, त्यहाँ एक परिपक्व तयारी प्रक्रिया पनि छ, पेरोभस्काइट उपकरणहरूलाई पारदर्शी गिलासमा पनि बनाउन सक्छ वा फोटोभोल्टिक भवन एकीकरण प्राप्त गर्न भवनहरूको सतहमा गर्न सक्छ, वा एयरोस्पेसका लागि लचिलो फोल्डेबल उपकरणहरूमा बनाइन्छ। अन्य क्षेत्रहरू, ताकि पानी र अक्सिजन वातावरण बिना अन्तरिक्षमा perovskite अधिकतम भूमिका खेल्न। लुओ जिङशान पेरोभस्काइटको भविष्यबारे विश्वस्त छन्।