ข้อดีและข้อเสียของ perovskite สำหรับการใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์

ในอุตสาหกรรมไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ Perovskite เป็นที่ต้องการอย่างร้อนแรงในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เหตุผลที่ทำให้มันกลายเป็น "โปรด" ในสาขาเซลล์แสงอาทิตย์เกิดจากเงื่อนไขที่เป็นเอกลักษณ์ แร่แคลเซียมไทเทเนียมมีคุณสมบัติเซลล์แสงอาทิตย์ที่ยอดเยี่ยมมากมายกระบวนการเตรียมการง่าย ๆ และวัตถุดิบที่หลากหลายและเนื้อหาที่อุดมสมบูรณ์ นอกจากนี้ยังสามารถใช้ Perovskite ในโรงไฟฟ้าพื้นดินการบินการก่อสร้างอุปกรณ์ผลิตพลังงานที่สวมใส่ได้และสาขาอื่น ๆ อีกมากมาย
เมื่อวันที่ 21 มีนาคม Ningde Times ใช้สำหรับสิทธิบัตรของ“ Calcium Titanite Solar Cell และวิธีการเตรียมและอุปกรณ์พลังงาน” ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาด้วยการสนับสนุนนโยบายและมาตรการในประเทศอุตสาหกรรมแร่แคลเซียม-ตินิเนียมซึ่งเป็นตัวแทนของเซลล์แสงอาทิตย์แคลเซียม-ไททาเนียม Perovskite คืออะไร? อุตสาหกรรมของ Perovskite เป็นอย่างไร? ความท้าทายใดที่ยังคงเผชิญอยู่? นักข่าววิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีรายวันสัมภาษณ์ผู้เชี่ยวชาญที่เกี่ยวข้อง

Perovskite ไม่ใช่แคลเซียมหรือไทเทเนียม

perovskites ที่เรียกว่าไม่ใช่แคลเซียมหรือไทเทเนียม แต่เป็นคำทั่วไปสำหรับคลาสของ "เซรามิกออกไซด์" ที่มีโครงสร้างผลึกเดียวกันกับสูตรโมเลกุล ABX3 หมายถึง“ ไอออนบวกรัศมีขนาดใหญ่”, B สำหรับ“ ไอออนบวกโลหะ” และ X สำหรับ“ แอนไอออนฮาโลเจน” หมายถึง“ ไอออนบวกรัศมีขนาดใหญ่” B หมายถึง“ ไอออนบวกโลหะ” และ X ย่อมาจาก“ แอนไอออนฮาโลเจน” ไอออนทั้งสามนี้สามารถแสดงคุณสมบัติทางกายภาพที่น่าทึ่งมากมายผ่านการจัดเรียงขององค์ประกอบที่แตกต่างกันหรือโดยการปรับระยะห่างระหว่างพวกเขารวมถึง แต่ไม่ จำกัด เฉพาะฉนวน, ferroelectricity, antiferromagnetism, เอฟเฟกต์แม่เหล็กยักษ์ ฯลฯ ฯลฯ
“ ตามองค์ประกอบองค์ประกอบของวัสดุ perovskites สามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท: perovskites โลหะออกไซด์ที่ซับซ้อน, perovskites ลูกผสมอินทรีย์และ perovskites halogenated อนินทรีย์” Luo Jingshan ศาสตราจารย์ที่โรงเรียนข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ของมหาวิทยาลัย Nankai และวิศวกรรมออพติคอลได้แนะนำว่าแคลเซียมไททาไนต์ที่ใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์มักจะเป็นสองหลัง
Perovskite สามารถใช้ในหลายสาขาเช่นโรงไฟฟ้าภาคพื้นดินการบินและอวกาศการก่อสร้างและอุปกรณ์ผลิตพลังงานที่สวมใส่ได้ ในหมู่พวกเขาสนามไฟฟ้าโซลาร์เซลล์เป็นพื้นที่แอปพลิเคชันหลักของ Perovskite โครงสร้างแคลเซียมไททาไนต์นั้นสามารถออกแบบได้สูงและมีประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ที่ดีมากซึ่งเป็นทิศทางการวิจัยยอดนิยมในสาขาโซลาร์เซลล์ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา
อุตสาหกรรมของ Perovskite กำลังเร่งความเร็วและวิสาหกิจในประเทศกำลังแข่งขันกันเพื่อจัดวางเค้าโครง มีรายงานว่าโมดูลแร่แคลเซียมไทเทเนียม 5,000 ชิ้นแรกที่จัดส่งจาก Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co. , Ltd; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co. , Ltd. ยังเร่งการสร้างการก่อสร้างที่ใหญ่ที่สุดในโลกที่ใหญ่ที่สุดในโลก 150 MW Full Calcium Titanium Ore Line Line Line Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 MW Calcium-Titanium Ore Module Production Line ได้เสร็จสิ้นและดำเนินการในเดือนธันวาคม 2565 และมูลค่าผลผลิตประจำปีสามารถเข้าถึงหยวนได้ 300 ล้านหยวนหลังจากการผลิต

แร่แคลเซียมไทเทเนียมมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในอุตสาหกรรมไฟฟ้าโซลาร์เซลล์

ในอุตสาหกรรมไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ Perovskite เป็นที่ต้องการอย่างร้อนแรงในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เหตุผลที่ทำให้มันกลายเป็น "โปรด" ในสาขาเซลล์แสงอาทิตย์เกิดจากเงื่อนไขที่เป็นเอกลักษณ์ของตัวเอง
“ ประการแรก Perovskite มีคุณสมบัติออพโตอิเล็กทรอนิกส์ที่ยอดเยี่ยมมากมายเช่นช่องว่างของแถบที่ปรับได้ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับสูงพลังงานที่มีผลผูกพัน exciton ต่ำการเคลื่อนที่ของผู้ให้บริการสูงความทนทานต่อข้อบกพร่องสูง ฯลฯ ; ประการที่สองกระบวนการเตรียมการของ perovskite นั้นง่ายและสามารถบรรลุความโปร่งแสงความเบาเป็นพิเศษความบางเบาความยืดหยุ่น ฯลฯ ในที่สุดวัตถุดิบ perovskite นั้นมีอยู่อย่างกว้างขวางและอุดมสมบูรณ์” Luo Jingshan แนะนำ และการเตรียม perovskite ยังต้องการความบริสุทธิ์ค่อนข้างต่ำของวัตถุดิบ
ในปัจจุบันฟิลด์ PV ใช้เซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้ซิลิคอนจำนวนมากซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นซิลิกอน monocrystalline, polycrystalline silicon และเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนอสัณฐาน ขั้วการแปลงโฟโตอิเล็กทริกทฤษฎีของเซลล์ซิลิกอนผลึกคือ 29.4%และสภาพแวดล้อมในห้องปฏิบัติการในปัจจุบันสามารถเข้าถึงได้สูงสุด 26.7%ซึ่งใกล้เคียงกับเพดานของการแปลง เป็นที่คาดการณ์ได้ว่ากำไรเพิ่มขึ้นเล็กน้อยของการปรับปรุงเทคโนโลยีจะมีขนาดเล็กลงและเล็กลง ในทางตรงกันข้ามประสิทธิภาพการแปลงเซลล์แสงอาทิตย์ของเซลล์ perovskite มีค่าขั้วทางทฤษฎีที่สูงกว่า 33%และหากเซลล์ perovskite สองเซลล์ถูกซ้อนกันขึ้นและลงด้วยกันประสิทธิภาพการแปลงเชิงทฤษฎีสามารถเข้าถึง 45%
นอกเหนือจาก“ ประสิทธิภาพ” ปัจจัยสำคัญอีกประการหนึ่งคือ“ ค่าใช้จ่าย” ตัวอย่างเช่นเหตุผลที่ค่าใช้จ่ายของแบตเตอรี่ฟิล์มบางรุ่นแรกไม่สามารถลงมาได้คือการสำรองของแคดเมียมและแกลเลียมซึ่งเป็นองค์ประกอบที่หายากบนโลกมีขนาดเล็กเกินไปและเป็นผลให้อุตสาหกรรมพัฒนามากขึ้น คือยิ่งอุปสงค์มากขึ้นเท่าไหร่ต้นทุนการผลิตก็จะยิ่งสูงขึ้นและไม่สามารถกลายเป็นผลิตภัณฑ์หลักได้ วัตถุดิบของ perovskite มีการกระจายในปริมาณมากบนโลกและราคาก็ราคาถูกเช่นกัน
นอกจากนี้ความหนาของการเคลือบแร่แคลเซียม-ไททาเนียมสำหรับแบตเตอรี่แร่แคลเซียม-ไททาเนียมเป็นเพียงไม่กี่ร้อยนาโนเมตรประมาณ 1/500th ของเวเฟอร์ซิลิคอนซึ่งหมายความว่าความต้องการวัสดุมีขนาดเล็กมาก ตัวอย่างเช่นความต้องการทั่วโลกในปัจจุบันสำหรับวัสดุซิลิคอนสำหรับเซลล์ซิลิกอนผลึกมีค่าประมาณ 500,000 ตันต่อปีและหากทั้งหมดถูกแทนที่ด้วยเซลล์ perovskite จะต้องใช้ perovskite เพียง 1,000 ตันเท่านั้น
ในแง่ของค่าใช้จ่ายในการผลิตเซลล์ซิลิกอนผลึกต้องการการทำให้บริสุทธิ์ซิลิคอนถึง 99.9999%ดังนั้นซิลิคอนจะต้องถูกทำให้ร้อนถึง 1,400 องศาเซลเซียสละลายเป็นของเหลวดึงเข้าไปในแท่งกลมและชิ้นแล้วประกอบเข้าเป็นเซลล์อย่างน้อยสี่โรงงานและสองโรงงาน ถึงสามวันในระหว่างและการใช้พลังงานมากขึ้น ในทางตรงกันข้ามสำหรับการผลิตเซลล์ perovskite จำเป็นต้องใช้ของเหลวฐาน perovskite กับสารตั้งต้นแล้วรอการตกผลึก กระบวนการทั้งหมดเกี่ยวข้องกับกระจก, ฟิล์มกาว, perovskite และวัสดุเคมีเท่านั้นและสามารถทำให้เสร็จในโรงงานแห่งเดียวและกระบวนการทั้งหมดใช้เวลาประมาณ 45 นาทีเท่านั้น
“ เซลล์แสงอาทิตย์ที่เตรียมจาก Perovskite มีประสิทธิภาพการแปลงโฟโตอิเล็กทริกที่ยอดเยี่ยมซึ่งสูงถึง 25.7% ในขั้นตอนนี้และอาจแทนที่เซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้ซิลิคอนแบบดั้งเดิมในอนาคตเพื่อเป็นกระแสหลักในเชิงพาณิชย์” Luo Jingshan กล่าว
มีปัญหาสำคัญสามประการที่ต้องแก้ไขเพื่อส่งเสริมอุตสาหกรรม

ในการพัฒนาอุตสาหกรรมของ chalcocite ผู้คนยังคงต้องแก้ปัญหา 3 ข้อกล่าวคือเสถียรภาพระยะยาวของ chalcocite การเตรียมพื้นที่ขนาดใหญ่และความเป็นพิษของตะกั่ว
ประการแรก Perovskite มีความไวต่อสิ่งแวดล้อมมากและปัจจัยต่าง ๆ เช่นอุณหภูมิความชื้นแสงและภาระวงจรสามารถนำไปสู่การสลายตัวของ perovskite และการลดประสิทธิภาพของเซลล์ ปัจจุบันโมดูล Perovskite ในห้องปฏิบัติการส่วนใหญ่ไม่เป็นไปตามมาตรฐานสากล IEC 61215 สำหรับผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์และพวกเขาไม่ถึงอายุการใช้งาน 10-20 ปีของเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิกอนดังนั้นค่าใช้จ่ายของ perovskite ยังไม่ได้รับประโยชน์ในเขตข้อมูลเซลล์แสงอาทิตย์แบบดั้งเดิม นอกจากนี้กลไกการย่อยสลายของ perovskite และอุปกรณ์ของมันมีความซับซ้อนมากและไม่มีความเข้าใจที่ชัดเจนเกี่ยวกับกระบวนการในสนามและไม่มีมาตรฐานเชิงปริมาณแบบครบวงจรซึ่งเป็นอันตรายต่อการวิจัยความมั่นคง
อีกประเด็นสำคัญคือวิธีการเตรียมพวกเขาในขนาดใหญ่ ขณะนี้เมื่อทำการศึกษาการเพิ่มประสิทธิภาพอุปกรณ์ในห้องปฏิบัติการพื้นที่แสงที่มีประสิทธิภาพของอุปกรณ์ที่ใช้มักจะน้อยกว่า 1 ซม. 2 และเมื่อมาถึงขั้นตอนการใช้งานเชิงพาณิชย์ของส่วนประกอบขนาดใหญ่วิธีการเตรียมการในห้องปฏิบัติการจำเป็นต้องได้รับการปรับปรุง หรือแทนที่ วิธีการหลักในปัจจุบันใช้กับการเตรียมฟิล์ม perovskite ในพื้นที่ขนาดใหญ่เป็นวิธีการแก้ปัญหาและวิธีการระเหยสูญญากาศ ในวิธีการแก้ปัญหาความเข้มข้นและอัตราส่วนของสารละลายสารตั้งต้นชนิดของตัวทำละลายและเวลาในการจัดเก็บมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณภาพของฟิล์ม perovskite วิธีการระเหยสูญญากาศเตรียมคุณภาพที่ดีและการสะสมของฟิล์ม perovskite แต่มันยากที่จะได้รับการติดต่อที่ดีระหว่างสารตั้งต้นและสารตั้งต้นอีกครั้ง นอกจากนี้เนื่องจากชั้นการขนส่งค่าใช้จ่ายของอุปกรณ์ Perovskite จำเป็นต้องเตรียมในพื้นที่ขนาดใหญ่สายการผลิตที่มีการสะสมอย่างต่อเนื่องของแต่ละชั้นจะต้องจัดตั้งขึ้นในการผลิตอุตสาหกรรม โดยรวมแล้วกระบวนการของการเตรียมการในพื้นที่ขนาดใหญ่ของฟิล์มบาง ๆ ของ Perovskite ยังคงต้องการการเพิ่มประสิทธิภาพเพิ่มเติม
ในที่สุดความเป็นพิษของตะกั่วก็เป็นปัญหาของความกังวลเช่นกัน ในระหว่างกระบวนการชราภาพของอุปกรณ์ perovskite ที่มีประสิทธิภาพสูงในปัจจุบัน Perovskite จะย่อยสลายเพื่อผลิตไอออนตะกั่วอิสระและโมโนเมอร์ตะกั่วซึ่งจะเป็นอันตรายต่อสุขภาพเมื่อพวกเขาเข้าสู่ร่างกายมนุษย์
Luo Jingshan เชื่อว่าปัญหาต่าง ๆ เช่นความมั่นคงสามารถแก้ไขได้โดยบรรจุภัณฑ์อุปกรณ์ “ หากในอนาคตปัญหาทั้งสองนี้ได้รับการแก้ไขนอกจากนี้ยังมีกระบวนการเตรียมความพร้อมที่เป็นผู้ใหญ่ยังสามารถทำให้อุปกรณ์ perovskite กลายเป็นกระจกโปร่งแสงหรือทำบนพื้นผิวของอาคารเพื่อให้ได้การรวมอาคารเซลล์แสงอาทิตย์ สาขาอื่น ๆ ดังนั้น perovskite ในอวกาศที่ไม่มีสภาพแวดล้อมน้ำและออกซิเจนเพื่อมีบทบาทสูงสุด” Luo Jingshan มีความมั่นใจเกี่ยวกับอนาคตของ Perovskite