Ֆոտովոլտային արդյունաբերության մեջ պերովսկիտը վերջին տարիներին մեծ պահանջարկ է վայելում: Արեգակնային մարտկոցների ոլորտում «սիրելի» հայտնվելու պատճառը պայմանավորված է իր յուրահատուկ պայմաններով։ Կալցիումի տիտանի հանքաքարն ունի շատ հիանալի ֆոտոգալվանային հատկություններ, պատրաստման պարզ գործընթաց և հումքի լայն տեսականի և առատ պարունակություն: Բացի այդ, պերովսկիտը կարող է օգտագործվել նաև վերգետնյա էլեկտրակայաններում, ավիացիայի, շինարարության, կրելի էներգիա արտադրող սարքերում և շատ այլ ոլորտներում:
Մարտի 21-ին Ningde Times-ը դիմել է «կալցիումի տիտանիտ արևային մարտկոցի և դրա պատրաստման մեթոդի և էներգիայի սարքի» արտոնագրի համար։ Վերջին տարիներին, ներքին քաղաքականության և միջոցառումների աջակցությամբ, կալցիում-տիտան հանքաքարի արդյունաբերությունը, որը ներկայացված է կալցիում-տիտան հանքաքարի արևային մարտկոցներով, մեծ հաջողություններ է գրանցել: Այսպիսով, ինչ է պերովսկիտը: Ինչպե՞ս է պերովսկիտի արդյունաբերականացումը: Ի՞նչ մարտահրավերներ են դեռ առջևում: Science and Technology Daily-ի թղթակիցը հարցազրույց է անցկացրել համապատասխան փորձագետների հետ:
Պերովսկիտը ոչ կալցիում է, ոչ տիտան:
Այսպես կոչված պերովսկիտները ոչ կալցիում են, ոչ տիտան, այլ ընդհանուր տերմին՝ նույն բյուրեղային կառուցվածքով «կերամիկական օքսիդների» դասի համար՝ ABX3 մոլեկուլային բանաձևով: A-ն նշանակում է «մեծ շառավղով կատիոն», B-ը՝ «մետաղական կատիոն», իսկ X՝ «հալոգեն անիոն»: A-ն նշանակում է «մեծ շառավղով կատիոն», B-ն նշանակում է «մետաղական կատիոն», իսկ X-ը՝ «հալոգեն անիոն»: Այս երեք իոնները կարող են դրսևորել շատ զարմանալի ֆիզիկական հատկություններ տարբեր տարրերի դասավորության կամ դրանց միջև հեռավորությունը կարգավորելու միջոցով, ներառյալ, բայց չսահմանափակվելով մեկուսացման, ֆերոէլեկտրականության, հակաֆերոմագնիսականության, հսկա մագնիսական էֆեկտի և այլնի միջոցով:
«Ըստ նյութի տարրական բաղադրության՝ պերովսկիտները կարելի է մոտավորապես բաժանել երեք կատեգորիայի՝ բարդ մետաղական օքսիդ պերովսկիտներ, օրգանական հիբրիդային պերովսկիտներ և անօրգանական հալոգենացված պերովսկիտներ»։ Նանկայի համալսարանի Էլեկտրոնային տեղեկատվության և օպտիկական ճարտարագիտության դպրոցի պրոֆեսոր Լուո Ջինգշանը ներկայացրեց, որ կալցիումի տիտանիտները, որոնք այժմ օգտագործվում են ֆոտոգալվաններում, սովորաբար վերջին երկուսն են:
պերովսկիտը կարող է օգտագործվել բազմաթիվ ոլորտներում, ինչպիսիք են ցամաքային էլեկտրակայանները, օդատիեզերական, շինարարությունը և կրելի էներգիա արտադրող սարքերը: Դրանց թվում ֆոտոգալվանային դաշտը պերովսկիտի հիմնական կիրառման ոլորտն է։ Կալցիումի տիտանիտային կառույցները շատ նախագծված են և ունեն շատ լավ ֆոտոգալվանային կատարում, ինչը վերջին տարիներին ֆոտոգալվանային ոլորտում հայտնի հետազոտական ուղղություն է:
Պերովսկիտի արդյունաբերականացումը արագանում է, և հայրենական ձեռնարկությունները մրցում են դասավորության համար: Հաղորդվում է, որ առաջին 5000 կտոր կալցիումի տիտանի հանքաքարի մոդուլները առաքվել են Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd.-ից; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd.-ն նաև արագացնում է աշխարհի ամենամեծ 150 ՄՎտ հզորությամբ կալցիումի տիտանի հանքաքարի լամինացված փորձնական գծի կառուցումը. Kunshan GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. 150 ՄՎտ կալցիում-տիտան հանքաքարի ֆոտոգալվանային մոդուլի արտադրական գիծն ավարտվել և շահագործման է հանձնվել 2022 թվականի դեկտեմբերին, և արտադրության հասնելուց հետո տարեկան թողարկման արժեքը կարող է հասնել 300 միլիոն յուանի:
Կալցիումի տիտանի հանքաքարն ակնհայտ առավելություններ ունի ֆոտովոլտային արդյունաբերության մեջ
Ֆոտովոլտային արդյունաբերության մեջ պերովսկիտը վերջին տարիներին մեծ պահանջարկ է վայելում: Արեգակնային մարտկոցների ոլորտում «սիրելի» հայտնվելու պատճառը պայմանավորված է իր յուրահատուկ պայմաններով։
«Առաջին հերթին, պերովսկիտն ունի բազմաթիվ գերազանց օպտոէլեկտրոնային հատկություններ, ինչպիսիք են կարգավորելի ժապավենի բացը, կլանման բարձր գործակիցը, ցածր էքսիտոնի կապող էներգիան, կրիչի բարձր շարժունակությունը, թերությունների բարձր հանդուրժողականությունը և այլն; երկրորդը, պերովսկիտի պատրաստման գործընթացը պարզ է և կարող է հասնել կիսաթափանցիկության, ծայրահեղ թեթևության, ծայրահեղ բարակության, ճկունության և այլն: Վերջապես, պերովսկիտի հումքը լայնորեն հասանելի է և առատ»: Լուո Ջինգշանը ներկայացրեց. Իսկ պերովսկիտի պատրաստումը նույնպես պահանջում է հումքի համեմատաբար ցածր մաքրություն։
Ներկայումս ՖՎ դաշտում օգտագործվում են մեծ քանակությամբ սիլիցիումի վրա հիմնված արևային բջիջներ, որոնք կարելի է բաժանել միաբյուրեղ սիլիցիումի, պոլիբյուրեղային սիլիցիումի և ամորֆ սիլիցիումային արևային բջիջների: Բյուրեղային սիլիցիումի բջիջների ֆոտոէլեկտրական փոխակերպման տեսական բևեռը կազմում է 29,4%, իսկ ներկայիս լաբորատոր միջավայրը կարող է հասնել առավելագույնը 26,7%, ինչը շատ մոտ է փոխակերպման առաստաղին; կանխատեսելի է, որ տեխնոլոգիական բարելավման սահմանային շահույթը նույնպես գնալով կփոքրանա։ Ի հակադրություն, պերովսկիտային բջիջների ֆոտոգալվանային փոխակերպման արդյունավետությունն ունի ավելի բարձր տեսական բևեռի արժեքը՝ 33%, և եթե երկու պերովսկիտային բջիջները հավաքվում են միասին վերև վար, ապա փոխակերպման տեսական արդյունավետությունը կարող է հասնել 45%:
Բացի «արդյունավետությունից», մեկ այլ կարևոր գործոն է «արժեքը»: Օրինակ, առաջին սերնդի բարակ թաղանթային մարտկոցների գինը չի կարող իջնել, այն է, որ կադմիումի և գալիումի պաշարները, որոնք երկրի վրա հազվագյուտ տարրեր են, չափազանց փոքր են, և արդյունքում՝ արդյունաբերությունը ավելի զարգացած է։ այսինքն՝ որքան մեծ է պահանջարկը, այնքան բարձր է արտադրության արժեքը, և այն երբեք չի կարողացել դառնալ հիմնական արտադրանք: Պերովսկիտի հումքը մեծ քանակությամբ տարածվում է երկրի վրա, և գինը նույնպես շատ էժան է։
Բացի այդ, կալցիում-տիտանային հանքաքարի ծածկույթի հաստությունը կալցիում-տիտան հանքաքարի մարտկոցների համար կազմում է ընդամենը մի քանի հարյուր նանոմետր՝ մոտավորապես 1/500-րդ, քան սիլիկոնային վաֆլիները, ինչը նշանակում է, որ նյութի պահանջարկը շատ փոքր է: Օրինակ, բյուրեղային սիլիցիումային բջիջների համար սիլիցիումային նյութի ներկայիս համաշխարհային պահանջարկը կազմում է տարեկան մոտ 500000 տոննա, և եթե դրանք բոլորը փոխարինվեն պերովսկիտային բջիջներով, ապա կպահանջվի ընդամենը մոտ 1000 տոննա պերովսկիտ:
Ինչ վերաբերում է արտադրության ծախսերին, բյուրեղային սիլիցիումի բջիջները պահանջում են սիլիցիումի մաքրում մինչև 99,9999%, այնպես որ սիլիցիումը պետք է տաքացվի մինչև 1400 աստիճան Ցելսիուս, հալվի հեղուկի մեջ, քաշվի կլոր ձողերի և շերտերի մեջ, այնուհետև հավաքվի բջիջների մեջ, առնվազն չորս գործարան և երկու: ընդմիջումից մինչև երեք օր և ավելի մեծ էներգիայի սպառում: Ի հակադրություն, պերովսկիտային բջիջների արտադրության համար անհրաժեշտ է միայն պերովսկիտային հիմքի հեղուկը քսել սուբստրատի վրա, այնուհետև սպասել բյուրեղացմանը: Ամբողջ գործընթացը ներառում է միայն ապակի, կպչուն թաղանթ, պերովսկիտ և քիմիական նյութեր և կարող է ավարտվել մեկ գործարանում, և ամբողջ գործընթացը տևում է ընդամենը մոտ 45 րոպե:
«Պերովսկիտից պատրաստված արևային բջիջները ունեն հիանալի ֆոտոէլեկտրական փոխակերպման արդյունավետություն, որն այս փուլում հասել է 25,7%-ի և ապագայում կարող է փոխարինել ավանդական սիլիցիումի վրա հիմնված արևային մարտկոցները՝ դառնալով առևտրային հիմնական հոսքը»: Լուո Ջինգշանն ասաց.
Գոյություն ունեն երեք հիմնական խնդիր, որոնք պետք է լուծվեն ինդուստրացման խթանման համար
Խալկոցիտի ինդուստրացման առաջխաղացման ժամանակ մարդիկ դեռ պետք է լուծեն 3 խնդիր, այն է՝ խալկոցիտի երկարաժամկետ կայունությունը, մեծ տարածքի պատրաստումը և կապարի թունավորությունը:
Նախ, պերովսկիտը շատ զգայուն է շրջակա միջավայրի նկատմամբ, և այնպիսի գործոններ, ինչպիսիք են ջերմաստիճանը, խոնավությունը, լույսը և շղթայի ծանրաբեռնվածությունը, կարող են հանգեցնել պերովսկիտի քայքայմանը և բջջային արդյունավետության նվազմանը: Ներկայումս լաբորատոր պերովսկիտային մոդուլների մեծ մասը չի համապատասխանում IEC 61215 միջազգային ստանդարտին ֆոտոգալվանային արտադրանքի համար, ոչ էլ հասնում է սիլիկոնային արևային բջիջների 10-20 տարվա շահագործման, ուստի պերովսկիտի արժեքը դեռևս ձեռնտու չէ ավանդական ֆոտոգալվանային ոլորտում: Բացի այդ, պերովսկիտի և դրա սարքերի քայքայման մեխանիզմը շատ բարդ է, և չկա գործընթացի հստակ պատկերացում դաշտում, և չկա միասնական քանակական ստանդարտ, որը վնասում է կայունության հետազոտություններին:
Մեկ այլ կարևոր խնդիր է, թե ինչպես պատրաստել դրանք մեծ մասշտաբով: Ներկայումս, երբ սարքերի օպտիմալացման ուսումնասիրությունները կատարվում են լաբորատորիայում, օգտագործվող սարքերի արդյունավետ լույսի մակերեսը սովորաբար 1 սմ2-ից պակաս է, իսկ երբ խոսքը վերաբերում է լայնածավալ բաղադրիչների կոմերցիոն կիրառման փուլին, լաբորատոր պատրաստման մեթոդները պետք է բարելավվեն: կամ փոխարինվել: Հիմնական մեթոդները, որոնք ներկայումս կիրառվում են մեծ մակերեսով պերովսկիտային թաղանթների պատրաստման համար, լուծույթի մեթոդն են և վակուումային գոլորշիացման մեթոդը: Լուծման մեթոդում պրեկուրսորի լուծույթի կոնցենտրացիան և հարաբերակցությունը, լուծիչի տեսակը և պահպանման ժամանակը մեծ ազդեցություն ունեն պերովսկիտային թաղանթների որակի վրա։ Վակուումային գոլորշիացման մեթոդը պատրաստում է պերովսկիտային թաղանթների լավ որակի և վերահսկելի նստեցում, սակայն կրկին դժվար է հասնել լավ շփման պրեկուրսորների և ենթաշերտերի միջև: Բացի այդ, քանի որ պերովսկիտային սարքի լիցքի տեղափոխման շերտը նույնպես պետք է պատրաստվի մեծ տարածքում, արդյունաբերական արտադրության մեջ պետք է ստեղծվի արտադրական գիծ՝ յուրաքանչյուր շերտի շարունակական նստեցմամբ: Ընդհանուր առմամբ, պերովսկիտային բարակ թաղանթների մեծ տարածքի պատրաստման գործընթացը դեռ կարիք ունի հետագա օպտիմալացման:
Վերջապես, կապարի թունավորությունը նույնպես մտահոգիչ է: Ընթացիկ բարձր արդյունավետությամբ պերովսկիտային սարքերի ծերացման գործընթացում պերովսկիտը քայքայվում է՝ առաջացնելով կապարի ազատ իոններ և կապարի մոնոմերներ, որոնք մարդու օրգանիզմ մտնելուց հետո վտանգավոր կլինեն առողջության համար:
Լուո Ջինգշանը կարծում է, որ այնպիսի խնդիրներ, ինչպիսիք են կայունությունը, կարող են լուծվել սարքերի փաթեթավորման միջոցով։ «Եթե ապագայում այս երկու խնդիրները լուծվեն, կա նաև պատրաստման հասուն գործընթաց, կարող են նաև պերովսկիտային սարքերը վերածել կիսաթափանցիկ ապակի կամ անել շենքերի մակերեսին, որպեսզի հասնեն ֆոտոգալվանային շենքերի ինտեգրմանը, կամ վերածվեն օդատիեզերքի համար ճկուն ծալովի սարքերի: այլ դաշտեր, որպեսզի պերովսկիտը տիեզերքում առանց ջրի և թթվածնի միջավայրում առավելագույն դեր խաղա»։ Լուո Ջինգշանը վստահ է պերովսկիտի ապագայի հարցում:
Հրապարակման ժամանակը՝ ապրիլի 15-2023