პეროვსკიტის დადებითი და უარყოფითი მხარეები მზის უჯრედების გამოყენებისთვის

ფოტოელექტრული ინდუსტრიაში, პეროვსიტზე დიდი მოთხოვნა იყო ბოლო წლებში. მიზეზი, რის გამოც იგი მზის უჯრედების სფეროში „ფავორიტად“ გაჩნდა, მისი უნიკალური პირობებით არის განპირობებული. კალციუმის ტიტანის საბადოს აქვს მრავალი შესანიშნავი ფოტოელექტრული თვისება, მარტივი მომზადების პროცესი და ნედლეულის ფართო სპექტრი და უხვად შემცველობა. გარდა ამისა, პეროვსკიტი ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას სახმელეთო ელექტროსადგურებში, ავიაციაში, მშენებლობაში, აცვიათ ელექტროენერგიის გამომუშავების მოწყობილობებში და ბევრ სხვა სფეროში.
21 მარტს Ningde Times-მა მიმართა პატენტს „კალციუმის ტიტანიტის მზის ელემენტის და მისი მომზადების მეთოდისა და კვების მოწყობილობის“ პატენტისთვის. ბოლო წლებში, საშინაო პოლიტიკისა და ზომების მხარდაჭერით, კალციუმ-ტიტანის მადნის მრეწველობამ, რომელიც წარმოდგენილია კალციუმ-ტიტანის მადნის მზის უჯრედებით, დიდი პროგრესი განიცადა. რა არის პეროვსკიტი? როგორ ხდება პეროვსკიტის ინდუსტრიალიზაცია? რა გამოწვევების წინაშე დგას ჯერ კიდევ? Science and Technology Daily-ის რეპორტიორი შესაბამის ექსპერტებს ესაუბრა.

პეროვსკიტი არც კალციუმია და არც ტიტანი.

ეგრეთ წოდებული პეროვსკიტები არ არის არც კალციუმი და არც ტიტანი, არამედ ზოგადი ტერმინი "კერამიკული ოქსიდების" კლასისთვის, იგივე კრისტალური სტრუქტურით, მოლეკულური ფორმულით ABX3. A ნიშნავს "დიდი რადიუსის კატიონს", B "მეტალის კატიონს" და X "ჰალოგენის ანიონს". A ნიშნავს "დიდი რადიუსის კატიონს", B ნიშნავს "მეტალის კატიონს" და X ნიშნავს "ჰალოგენის ანიონს". ამ სამ იონს შეუძლია გამოავლინოს მრავალი საოცარი ფიზიკური თვისება სხვადასხვა ელემენტების განლაგებით ან მათ შორის მანძილის რეგულირებით, მათ შორის, მაგრამ არ შემოიფარგლება იზოლაციით, ფეროელექტროენერგიით, ანტიფერომაგნიტიზმით, გიგანტური მაგნიტური ეფექტით და ა.შ.
„მასალის ელემენტარული შემადგენლობის მიხედვით, პეროვსკიტები უხეშად შეიძლება დაიყოს სამ კატეგორიად: რთული ლითონის ოქსიდის პეროვსკიტები, ორგანული ჰიბრიდული პეროვსკიტები და არაორგანული ჰალოგენირებული პეროვსკიტები. ლუო ჯინშანმა, ნანკაის უნივერსიტეტის ელექტრონული ინფორმაციისა და ოპტიკური ინჟინერიის სკოლის პროფესორმა, გააცნო, რომ კალციუმის ტიტანიტები, რომლებიც ახლა გამოიყენება ფოტოელექტროებში, ჩვეულებრივ, ეს უკანასკნელი ორია.
პეროვსკიტი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ბევრ სფეროში, როგორიცაა ხმელეთის ელექტროსადგურები, კოსმოსური კოსმოსი, მშენებლობა და ტარებისთვის ელექტროენერგიის გამომუშავების მოწყობილობები. მათ შორის, პეროვსკიტის გამოყენების ძირითადი სფეროა ფოტოელექტრული ველი. კალციუმის ტიტანიტის კონსტრუქციები უაღრესად კონსტრუქციულია და აქვთ ძალიან კარგი ფოტოელექტრული ეფექტურობა, რაც ბოლო წლებში პოპულარული კვლევის მიმართულებაა ფოტოელექტრული სფეროში.
პეროვსკიტის ინდუსტრიალიზაცია ჩქარდება და შიდა საწარმოები კონკურენციას უწევენ განლაგებისთვის. ცნობილია, რომ პირველი 5000 ცალი კალციუმის ტიტანის მადნის მოდული გაიგზავნება Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd.-დან; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. ასევე აჩქარებს მსოფლიოში ყველაზე დიდი 150 მეგავატი სიმძლავრის სრული კალციუმ-ტიტანის მადნის ლამინირებული საპილოტე ხაზის მშენებლობას; Kunshan GCL Photoelectric Materials.

კალციუმის ტიტანის საბადოს აშკარა უპირატესობები აქვს ფოტოელექტრული ინდუსტრიაში

ფოტოელექტრული ინდუსტრიაში, პეროვსიტზე დიდი მოთხოვნა იყო ბოლო წლებში. მიზეზი, რის გამოც იგი მზის უჯრედების სფეროში „ფავორიტად“ გაჩნდა, მისი უნიკალური პირობებით არის განპირობებული.
„პირველ რიგში, პეროვსკიტს აქვს მრავალი შესანიშნავი ოპტოელექტრონული თვისება, როგორიცაა რეგულირებადი ზოლის უფსკრული, მაღალი შთანთქმის კოეფიციენტი, დაბალი ექსციტონის შებოჭვის ენერგია, მაღალი გადამზიდავი მობილურობა, მაღალი დეფექტების ტოლერანტობა და ა.შ.; მეორეც, პეროვსკიტის მომზადების პროცესი მარტივია და შეუძლია მიაღწიოს გამჭვირვალობას, ულტრა სიმსუბუქეს, ულტრა სიგამხდრეს, მოქნილობას და ა.შ. და ბოლოს, პეროვსკიტის ნედლეული ფართოდ არის ხელმისაწვდომი და უხვად“. ლუო ჯინშანმა გააცნო. ხოლო პეროვსკიტის მომზადება ასევე მოითხოვს ნედლეულის შედარებით დაბალ სისუფთავეს.
ამჟამად, PV ველი იყენებს სილიკონზე დაფუძნებულ მზის უჯრედების დიდ რაოდენობას, რომლებიც შეიძლება დაიყოს მონოკრისტალურ სილიკონად, პოლიკრისტალურ სილიკონად და ამორფული სილიკონის მზის უჯრედებად. კრისტალური სილიკონის უჯრედების თეორიული ფოტოელექტრული კონვერტაციის პოლუსი არის 29,4%, ხოლო ამჟამინდელი ლაბორატორიული გარემო შეიძლება მიაღწიოს მაქსიმუმ 26,7%-ს, რაც ძალიან ახლოს არის კონვერტაციის ჭერთან; მოსალოდნელია, რომ ტექნოლოგიური გაუმჯობესების ზღვრული მოგებაც უფრო და უფრო მცირე გახდება. ამის საპირისპიროდ, პეროვსკიტის უჯრედების ფოტოელექტრული კონვერტაციის ეფექტურობას აქვს უფრო მაღალი თეორიული ბოძების მნიშვნელობა 33%, და თუ ორი პეროვსკიტის უჯრედი დალაგებულია ზევით და ქვევით ერთად, თეორიული კონვერტაციის ეფექტურობა შეიძლება მიაღწიოს 45% -ს.
„ეფექტურობის“ გარდა, კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ფაქტორია „ღირებულება“. მაგალითად, მიზეზი, რის გამოც პირველი თაობის თხელი ფირის ბატარეების ღირებულება ვერ დაიკლებს, არის ის, რომ კადმიუმის და გალიუმის მარაგი, რომლებიც იშვიათი ელემენტებია დედამიწაზე, ძალიან მცირეა და შედეგად, რაც უფრო განვითარებულია ინდუსტრია. რაც უფრო დიდია მოთხოვნა, მით უფრო მაღალია წარმოების ღირებულება და ის ვერასოდეს გახდა მთავარი პროდუქტი. პეროვსკიტის ნედლეული დედამიწაზე დიდი რაოდენობითაა გავრცელებული და ფასიც ძალიან იაფია.
გარდა ამისა, კალციუმ-ტიტანის მადნის საფარის სისქე კალციუმ-ტიტანის მადნის ბატარეებისთვის არის მხოლოდ რამდენიმე ასეული ნანომეტრი, სილიკონის ვაფლის დაახლოებით 1/500, რაც ნიშნავს, რომ მასალაზე მოთხოვნა ძალიან მცირეა. მაგალითად, ამჟამინდელი გლობალური მოთხოვნა კრისტალური სილიციუმის უჯრედებისთვის სილიკონის მასალზე არის დაახლოებით 500 000 ტონა წელიწადში და თუ ყველა მათგანი შეიცვლება პეროვსკიტის უჯრედებით, მხოლოდ დაახლოებით 1000 ტონა პეროვსკიტი იქნება საჭირო.
წარმოების ხარჯების თვალსაზრისით, კრისტალური სილიკონის უჯრედები საჭიროებენ სილიციუმის გაწმენდას 99,9999%-მდე, ამიტომ სილიციუმი უნდა გაცხელდეს 1400 გრადუს ცელსიუსამდე, დნება სითხეში, გადაიყვანება მრგვალ ღეროებად და ნაჭრებად და შემდეგ აწყობილი უჯრედებში, მინიმუმ ოთხი ქარხანა და ორი. სამ დღეში შუალედში და მეტი ენერგიის მოხმარება. ამის საპირისპიროდ, პეროვსკიტის უჯრედების წარმოებისთვის საჭიროა მხოლოდ პეროვსკიტის ბაზის სითხის წასმა სუბსტრატზე და შემდეგ დაველოდოთ კრისტალიზაციას. მთელი პროცესი მოიცავს მხოლოდ მინას, წებოვან ფილმს, პეროვსკიტს და ქიმიურ მასალებს და შეიძლება დასრულდეს ერთ ქარხანაში და მთელი პროცესი მხოლოდ 45 წუთს იღებს.
„პეროვსკიტისგან მომზადებულ მზის უჯრედებს აქვთ ფოტოელექტრული კონვერტაციის შესანიშნავი ეფექტურობა, რომელმაც ამ ეტაპზე 25.7%-ს მიაღწია და შესაძლოა მომავალში ჩაანაცვლოს ტრადიციული სილიკონზე დაფუძნებული მზის უჯრედები და გახდეს კომერციული მეინსტრიმი“. თქვა ლუო ჯინშანმა.
არსებობს სამი ძირითადი პრობლემა, რომელიც უნდა გადაიჭრას ინდუსტრიალიზაციის ხელშეწყობისთვის

ქალკოციტის ინდუსტრიალიზაციის წინ, ადამიანებს ჯერ კიდევ სჭირდებათ 3 პრობლემის გადაჭრა, კერძოდ, ქალკოციტის გრძელვადიანი სტაბილურობა, დიდი ფართობის მომზადება და ტყვიის ტოქსიკურობა.
ჯერ ერთი, პეროვსკიტი ძალიან მგრძნობიარეა გარემოს მიმართ და ისეთი ფაქტორები, როგორიცაა ტემპერატურა, ტენიანობა, სინათლე და მიკროსქემის დატვირთვა, შეიძლება გამოიწვიოს პეროვსკიტის დაშლა და უჯრედის ეფექტურობის შემცირება. ამჟამად პეროვსკიტის ლაბორატორიული მოდულების უმეტესობა არ აკმაყოფილებს IEC 61215 საერთაშორისო სტანდარტს ფოტოელექტრული პროდუქტებისთვის და არც სილიკონის მზის უჯრედების 10-20 წლიან ვადას აღწევს, ამიტომ პეროვსკიტის ღირებულება ჯერ კიდევ არ არის მომგებიანი ტრადიციულ ფოტოელექტრო ველში. გარდა ამისა, პეროვსკიტის და მისი მოწყობილობების დეგრადაციის მექანიზმი ძალიან რთულია და არ არსებობს ამ სფეროში პროცესის ძალიან მკაფიო გაგება და არც ერთიანი რაოდენობრივი სტანდარტი, რაც საზიანოა სტაბილურობის კვლევისთვის.
კიდევ ერთი მთავარი საკითხია, როგორ მოვამზადოთ ისინი ფართო მასშტაბით. ამჟამად, როდესაც ლაბორატორიაში ტარდება მოწყობილობების ოპტიმიზაციის კვლევები, გამოყენებული მოწყობილობების ეფექტური სინათლის ფართობი ჩვეულებრივ 1 სმ2-ზე ნაკლებია, ხოლო როდესაც საქმე ეხება ფართომასშტაბიანი კომპონენტების კომერციული გამოყენების ეტაპს, საჭიროა ლაბორატორიული მომზადების მეთოდების გაუმჯობესება. ან შეცვალა. ძირითადი მეთოდები, რომლებიც ამჟამად გამოიყენება დიდი ფართობის პეროვსკიტის ფილმების მოსამზადებლად, არის ხსნარის მეთოდი და ვაკუუმური აორთქლების მეთოდი. ხსნარის მეთოდში პეროვსკიტის ფირის ხარისხზე დიდ გავლენას ახდენს წინამორბედის ხსნარის კონცენტრაცია და თანაფარდობა, გამხსნელის ტიპი და შენახვის დრო. ვაკუუმური აორთქლების მეთოდი ამზადებს პეროვსკიტის ფილმების კარგი ხარისხის და კონტროლირებად დეპონირებას, მაგრამ კვლავ რთულია კარგი კონტაქტის მიღწევა წინამორბედებსა და სუბსტრატებს შორის. გარდა ამისა, იმის გამო, რომ პეროვსკიტის მოწყობილობის მუხტის სატრანსპორტო ფენა ასევე უნდა მომზადდეს დიდ ფართობზე, სამრეწველო წარმოებაში უნდა შეიქმნას საწარმოო ხაზი თითოეული ფენის უწყვეტი დეპონირებით. მთლიანობაში, პეროვსკიტის თხელი ფენების დიდი ფართობის მომზადების პროცესი კვლავ საჭიროებს შემდგომ ოპტიმიზაციას.
და ბოლოს, ტყვიის ტოქსიკურობა ასევე შემაშფოთებელი საკითხია. ამჟამინდელი მაღალეფექტური პეროვსკიტის მოწყობილობების დაბერების პროცესის დროს, პეროვსკიტი იშლება ტყვიის თავისუფალი იონებისა და ტყვიის მონომერების წარმოქმნით, რომლებიც სახიფათო იქნება ჯანმრთელობისთვის ადამიანის ორგანიზმში შესვლის შემდეგ.
ლუო ჯინშანი თვლის, რომ ისეთი პრობლემები, როგორიცაა სტაბილურობა, შეიძლება მოგვარდეს მოწყობილობის შეფუთვით. ”თუ მომავალში ეს ორი პრობლემა მოგვარდება, ასევე იქნება მომზადების პროცესი, ასევე შესაძლებელია პეროვსკიტის მოწყობილობების გადაკეთება გამჭვირვალე მინად ან შენობების ზედაპირზე ფოტოელექტრული შენობების ინტეგრაციის მისაღწევად, ან მოქნილი დასაკეცი მოწყობილობები აერონავტიკისთვის და კოსმოსისთვის. სხვა სფეროებში, რათა პეროვსიტმა კოსმოსში წყლისა და ჟანგბადის გარეშე მაქსიმალური როლი შეასრულოს“. ლუო ჯინშანი დარწმუნებულია პეროვსკიტის მომავალზე.