太陽光発電業界では、ペロブスカイトは近年暑くなっています。太陽電池の分野で「お気に入り」として登場した理由は、そのユニークな条件によるものです。カルシウムチタン鉱石には、多くの優れた太陽光発電特性、単純な準備プロセス、幅広い原材料と豊富な含有量があります。さらに、Perovskiteは、地上発電所、航空、建設、ウェアラブル発電デバイス、その他多くの分野でも使用できます。
3月21日、Ningde Timesは「カルシウムタイタナイト太陽電池とその調製方法および電力装置」の特許を申請しました。近年、国内の政策と措置の支援を受けて、カルシウムチタニウム鉱石太陽電池に代表されるカルシウムチタニウム鉱石産業は、大きな進歩を遂げました。では、ペロブスカイトとは何ですか？ペロブスカイトの工業化はどうですか？まだどのような課題が直面していますか？ Science and Technology Daily Reporterは、関連する専門家にインタビューしました。
ペロブスカイトはカルシウムでもチタンでもありません。
いわゆるペロブスカイトは、カルシウムでもチタンでもありませんが、同じ結晶構造を持つ「セラミック酸化物」のクラスの一般的な用語であり、分子式ABX3です。 Aは、「大きな半径陽イオン」、「金属陽イオン」のb、「ハロゲンアニオン」のxの略です。 Aは「大きな半径陽イオン」の略で、Bは「金属陽イオン」を表し、Xは「ハロゲンアニオン」を表します。これらの3つのイオンは、断熱、強誘電性、反強磁性、巨大磁気効果などを含むがこれらに限定されないが、それらの間の距離を調整することにより、さまざまな要素の配置を通じて多くの驚くべき物理的特性を示すことができます。
「材料の元素組成によると、ペロブスカイトは、複雑な金属酸化物ペロブスカイト、有機ハイブリッドペロブスカイト、および無機ハロゲン化ペロブスカイトの3つのカテゴリに大まかに分割できます。」南ankai大学の電子情報および光学工学部の教授であるLuo Jingshanは、現在太陽光発電で使用されているカルシウムチタン酸塩が通常後者の2つであると紹介しました。
Perovskiteは、陸生発電所、航空宇宙、建設、ウェアラブル発電機などの多くの分野で使用できます。その中で、太陽光発電場はペロブスカイトの主要なアプリケーションエリアです。カルシウムチタン酸構造は非常に設計可能であり、非常に優れた太陽光発電パフォーマンスを持っています。これは、近年の太陽光発電場で人気のある研究方向です。
ペロブスカイトの工業化は加速しており、国内企業はレイアウトを競っています。 Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co.、Ltdから出荷された最初の5,000個のカルシウムチタン鉱石モジュールが報告されています。 Renshuo Photovoltaic（Suzhou）Co。、Ltd。は、世界最大の150 MWフルカルシウムチタン鉱石ラミネートパイロットラインの建設も加速しています。 Kunshan GCL Photeelectric Materials Co. Ltd. 150 MW Calcium-Titanium Ore Pholltaic Moduleの生産ラインが完成し、2022年12月に稼働し、生産に達した後、年間生産値は3億元に達する可能性があります。
カルシウムチタン鉱石は、太陽光発電産業において明らかな利点があります
太陽光発電業界では、ペロブスカイトは近年暑くなっています。太陽電池の分野で「お気に入り」として登場した理由は、独自の条件によるものです。
「第一に、ペロブスカイトには、調整可能なバンドギャップ、高吸収係数、低励起子結合エネルギー、高キャリアの移動度、高欠陥耐性など、多数の優れた光電子特性があります。第二に、ペロブスカイトの準備プロセスはシンプルで、半透明性、超軽量、超薄型、柔軟性などを実現できます。最後に、ペロブスカイトの原材料は広く利用可能で豊富です。」 Luo Jingshanが紹介しました。また、ペロブスカイトの準備には、比較的低い原材料が必要です。
現在、PVフィールドは多数のシリコンベースの太陽電池を使用しており、これを単結晶シリコン、多結晶シリコン、およびアモルファスシリコン太陽電池に分割できます。結晶シリコン細胞の理論的光電変換極は29.4％であり、現在の実験室環境は最大26.7％に達することがあります。これは、変換の天井に非常に近いものです。技術改善の限界的な利益も小さくなることが予測できます。対照的に、ペロブスカイト細胞の太陽光発電の変換効率は33％の理論的極値が高く、2つのペロブスカイト細胞が一緒に積み重ねられた場合、理論的変換効率は45％に達する可能性があります。
「効率」に加えて、もう1つの重要な要素は「コスト」です。たとえば、第一世代の薄膜バッテリーのコストが下がってこない理由は、地球上の希少要素であるカドミウムとガリウムの埋蔵量が小さすぎるため、その結果、業界はより発展します。需要が大きいほど、生産コストが高くなり、主流の製品になることができませんでした。ペロブスカイトの原材料は地球上で大量に分布しており、価格も非常に安価です。
さらに、カルシウムチタニウム鉱石電池用のカルシウムチタン鉱石コーティングの厚さはわずか数百ナノメートルであり、シリコンウェーハの約1/500番目のナノメートルです。つまり、材料の需要は非常に少ないことを意味します。たとえば、結晶シリコン細胞のシリコン材料に対する現在の世界的な需要は年間約500,000トンであり、それらのすべてがペロブスカイト細胞に置き換えられている場合、約1,000トンのペロブスカイトのみが必要です。
製造コストに関しては、結晶性シリコン細胞はシリコン精製を99.9999％に必要とするため、シリコンは摂氏1400度まで加熱する必要があります。その間に3日間、そしてより大きなエネルギー消費。対照的に、ペロブスカイト細胞の産生のために、ペロブスカイトベースの液体を基質に適用してから結晶化を待つだけです。プロセス全体には、ガラス、接着剤、ペロブスカイト、化学材料のみが含まれ、1つの工場で完成でき、プロセス全体には約45分しかかかりません。
「ペロブスカイトから調製された太陽電池は、この段階で25.7％に達した光電気変換効率が優れており、将来的には従来のシリコンベースの太陽電池に取って代わり、商業的な主流になる可能性があります。」ルオ・ジンシャンは言った。
工業化を促進するために解決する必要がある3つの大きな問題があります
カルコカイトの工業化を進める際には、人々は依然として3つの問題を解決する必要があります。すなわち、カルコサイトの長期的な安定性、大きな領域の調製、鉛の毒性です。
第一に、ペロブスカイトは環境に非常に敏感であり、温度、湿度、光、回路の負荷などの要因は、ペロブスカイトの分解と細胞効率の低下につながる可能性があります。現在、ほとんどの実験室でのペロブスカイトモジュールは、太陽光発電製品のIEC 61215国際標準を満たしておらず、シリコン太陽電池の10〜20年の寿命にも達していないため、ペロブスカイトのコストは従来の太陽電池では依然として有利ではありません。さらに、ペロブスカイトとそのデバイスの分解メカニズムは非常に複雑であり、分野のプロセスを非常に明確に理解しておらず、安定性の研究に有害な統一された定量的基準もありません。
もう1つの大きな問題は、それらを大規模に準備する方法です。現在、実験室でデバイスの最適化研究が行われると、使用されるデバイスの有効な光領域は通常1 cm2未満であり、大規模なコンポーネントの商用アプリケーション段階になると、実験室の準備方法を改善する必要があります。または交換します。現在、大型エリアペロブスカイトフィルムの調製に適用されている主な方法は、ソリューション法と真空蒸発法です。溶液方法では、前駆体溶液の濃度と比率、溶媒の種類、および保管時間は、ペロブスカイトフィルムの品質に大きな影響を与えます。真空蒸発法は、ペロブスカイトフィルムの良質で制御可能な堆積を準備しますが、前駆体と基質の間で良好な接触を達成することは再び困難です。さらに、ペロブスカイトデバイスの電荷輸送層も広い領域で準備する必要があるため、各層の連続的な堆積を伴う生産ラインを工業生産で確立する必要があります。全体として、ペロブスカイト薄膜の大部分の調製のプロセスには、さらに最適化が必要です。
最後に、鉛の毒性も懸念の問題です。現在の高効率ペロブスカイトデバイスの老化プロセス中、ペロブスカイトは自由鉛イオンを生成し、鉛モノマーを生成し、人体に入ると健康に危険にさらされます。
Luo Jingshanは、安定性などの問題はデバイスパッケージによって解決できると考えています。 「将来、これらの2つの問題が解決された場合、成熟した準備プロセスもあります。また、ペロブスカイトデバイスを半透明のガラスにしたり、建物の表面にして太陽光発電の建物の統合を実現したり、航空宇宙と航空宇宙用の柔軟な折りたたみ式デバイスにしたりすることもできます。他のフィールド。そのため、最大の役割を果たすために、水と酸素環境のない宇宙のペロブスカイト。」 Luo Jingshanは、Perovskiteの将来に自信を持っています。
投稿時間：APR-15-2023