Dans l'industrie photovoltaïque, la pérovskite a été à chaud ces dernières années. La raison pour laquelle il est devenu le «favori» dans le domaine des cellules solaires est due à ses conditions uniques. Le minerai de titane de calcium possède de nombreuses excellentes propriétés photovoltaïques, un processus de préparation simple et un large éventail de matières premières et de contenu abondant. De plus, la pérovskite peut également être utilisée dans les centrales au sol, l'aviation, la construction, les dispositifs de production d'électricité portables et de nombreux autres champs.
Le 21 mars, le Ningde Times a demandé le brevet de «cellule solaire de calcium titanite et sa méthode de préparation et son dispositif d'alimentation». Ces dernières années, avec le soutien aux politiques et mesures nationales, l'industrie du minerai de calcium-titane, représentée par les cellules solaires du minerai de calcium-titane, a fait de grands progrès. Alors, qu'est-ce que Perovskite? Comment est l'industrialisation de la pérovskite? À quels défis sont encore confrontés? Science and Technology Daily Reporter a interviewé les experts concernés.
La pérovskite n'est ni le calcium ni le titane.
Les soi-disant pérovskites ne sont ni le calcium ni le titane, mais un terme générique pour une classe de «oxydes de céramique» avec la même structure cristalline, avec la formule moléculaire ABX3. A signifie «grand rayon cation», b pour «cation métallique» et x pour «anion halogène». A signifie «grand rayon cation», B signifie «Metal Cation» et X signifie «halogène anion». Ces trois ions peuvent présenter de nombreuses propriétés physiques étonnantes à travers la disposition de différents éléments ou en ajustant la distance entre elles, y compris, mais sans s'y limiter, l'isolation, la ferroélectricité, l'antitiferromagnétisme, l'effet magnétique géant, etc.
"Selon la composition élémentaire du matériau, les pérovskites peuvent être à peu près divisés en trois catégories: des pérovskites d'oxyde métallique complexes, des pérovskites hybrides organiques et des pérovskites halogénés inorganiques." Luo Jingshan, professeur à la School of Electronic Information and Optical Engineering de l'Université de Nankai, a présenté que les titanites de calcium maintenant utilisés dans le photovoltaïque sont généralement les deux derniers.
La pérovskite peut être utilisée dans de nombreux domaines tels que les centrales terrestres, l'aérospatiale, la construction et les dispositifs de production d'électricité portables. Parmi eux, le champ photovoltaïque est la principale zone d'application de la pérovskite. Les structures de titanite en calcium sont hautement conceptables et ont de très bonnes performances photovoltaïques, qui est une direction de recherche populaire dans le domaine photovoltaïque ces dernières années.
L'industrialisation de la pérovskite s'accélère et les entreprises nationales sont en concurrence pour la disposition. Il est rapporté que les 5 000 premiers modules de minerai de titane de calcium expédiés de Hangzhou Fina PhotoElectric Technology Co., Ltd; Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. accélère également la construction de la plus grande ligne de pilote de minerai en titane de calcium complet au monde; Kunshan GCL PhotoElectric Materials Co. Ltd. 150 MW La ligne de production du module photovoltaïque du minerai en calcium a été achevée et mise en service en décembre 2022, et la valeur de production annuelle peut atteindre 300 millions de yuans après avoir atteint la production.
Le minerai de titane de calcium présente des avantages évidents dans l'industrie photovoltaïque
Dans l'industrie photovoltaïque, la pérovskite a été à chaud ces dernières années. La raison pour laquelle il est devenu le «favori» dans le domaine des cellules solaires est due à ses propres conditions uniques.
«Premièrement, la pérovskite possède de nombreuses excellentes propriétés optoélectroniques, telles que la bande interdite réglable, le coefficient d'absorption élevé, l'énergie de liaison à l'exciton faible, une mobilité élevée des porteurs, une tolérance élevée aux défauts, etc.; Deuxièmement, le processus de préparation de la pérovskite est simple et peut atteindre la translucidité, l'ultra-luminosité, l'ultra-minceur, la flexibilité, etc. Enfin, les matières premières de pérovskite sont largement disponibles et abondantes. » Luo Jingshan a présenté. Et la préparation de la pérovskite nécessite également une pureté relativement faible des matières premières.
À l'heure actuelle, le champ PV utilise un grand nombre de cellules solaires à base de silicium, qui peuvent être divisées en silicium monocristallin, du silicium polycristallin et des cellules solaires de silicium amorphe. Le poteau de conversion photoélectrique théorique des cellules en silicium cristallin est de 29,4%, et l'environnement de laboratoire actuel peut atteindre un maximum de 26,7%, ce qui est très proche du plafond de la conversion; Il est prévisible que le gain marginal de l'amélioration technologique deviendra également de plus en plus petit. En revanche, l'efficacité de conversion photovoltaïque des cellules de pérovskite a une valeur de pôle théorique plus élevée de 33%, et si deux cellules de pérovskite sont empilées ensemble, l'efficacité de conversion théorique peut atteindre 45%.
En plus de «l'efficacité», un autre facteur important est le «coût». Par exemple, la raison pour laquelle le coût de la première génération de batteries à couches minces ne peut pas baisser est que les réserves de cadmium et de gallium, qui sont des éléments rares sur Terre, sont trop petits et, par conséquent, plus l'industrie est développée est, plus la demande est élevée, plus le coût de production est élevé et il n'a jamais été en mesure de devenir un produit grand public. Les matières premières de la pérovskite sont distribuées en grande quantité sur la terre, et le prix est également très bon marché.
De plus, l'épaisseur du revêtement de minerai de calcium-titane pour les batteries de minerai de calcium-titane n'est que de quelques centaines de nanomètres, environ 1/500e de celle des tranches de silicium, ce qui signifie que la demande de matériau est très faible. Par exemple, la demande mondiale actuelle de matériaux de silicium pour les cellules en silicium cristallin est d'environ 500 000 tonnes par an, et si toutes sont remplacées par des cellules de pérovskite, seulement environ 1 000 tonnes de pérovskite seront nécessaires.
En termes de coûts de fabrication, les cellules cristallines en silicium nécessitent une purification du silicium à 99,9999%, de sorte que le silicium doit être chauffé à 1400 degrés Celsius, fondu dans le liquide, dessiné en tiges et tranches rondes, puis assemblées en cellules, avec au moins quatre usines et deux à trois jours entre les deux et une plus grande consommation d'énergie. En revanche, pour la production de cellules de pérovskite, il est seulement nécessaire d'appliquer le liquide de base de pérovskite au substrat, puis d'attendre la cristallisation. L'ensemble du processus implique uniquement du verre, du film adhésif, de la pérovskite et des matériaux chimiques, et peut être achevé dans une usine, et l'ensemble du processus ne prend que 45 minutes.
«Les cellules solaires préparées à partir de pérovskite ont une excellente efficacité de conversion photoélectrique, qui a atteint 25,7% à ce stade, et pourrait remplacer les cellules solaires traditionnelles à base de silicium à l'avenir pour devenir le courant dominant commercial.» Luo Jingshan a déclaré.
Il y a trois problèmes majeurs qui doivent être résolus pour promouvoir l'industrialisation
En faisant progresser l'industrialisation de la chalcocite, les gens doivent encore résoudre 3 problèmes, à savoir la stabilité à long terme de la chalcocite, la préparation à grande surface et la toxicité du plomb.
Premièrement, la pérovskite est très sensible à l'environnement, et des facteurs tels que la température, l'humidité, la lumière et la charge de circuit peuvent conduire à la décomposition de la pérovskite et à la réduction de l'efficacité cellulaire. Actuellement, la plupart des modules de pérovskite de laboratoire ne respectent pas la norme internationale CEI 61215 pour les produits photovoltaïques, et n'atteignent pas la durée de vie de 10 à 20 ans de cellules solaires en silicium, de sorte que le coût de la pérovskite n'est toujours pas avantageux dans le domaine photovoltaïque traditionnel. De plus, le mécanisme de dégradation de la pérovskite et de ses appareils est très complexe, et il n'y a pas de compréhension très claire du processus sur le terrain, pas plus qu'il n'y a pas de norme quantitative unifiée, ce qui est préjudiciable à la recherche sur la stabilité.
Un autre problème majeur est de savoir comment les préparer à grande échelle. Actuellement, lorsque des études d'optimisation des appareils sont effectuées en laboratoire, la zone de lumière efficace des appareils utilisés est généralement inférieure à 1 cm2, et en ce qui concerne le stade d'application commercial des composants à grande échelle, les méthodes de préparation en laboratoire doivent être améliorées ou remplacé. Les principales méthodes actuellement applicables à la préparation des films de pérovskite à grande surface sont la méthode de la solution et la méthode d'évaporation du vide. Dans la méthode de la solution, la concentration et le rapport de la solution précurseur, le type de solvant et le temps de stockage ont un grand impact sur la qualité des films de pérovskite. La méthode d'évaporation sous vide prépare le dépôt de bonne qualité et contrôlable des films de pérovskite, mais il est à nouveau difficile d'obtenir un bon contact entre les précurseurs et les substrats. De plus, comme la couche de transport de charge du dispositif de pérovskite doit également être préparée dans une grande zone, une ligne de production avec dépôt continu de chaque couche doit être établie dans la production industrielle. Dans l'ensemble, le processus de préparation à grande surface des films minces de pérovskite nécessite encore une optimisation supplémentaire.
Enfin, la toxicité du plomb est également une question de préoccupation. Pendant le processus de vieillissement des dispositifs de pérovskite à haute efficacité actuels, la pérovskite se décomposera pour produire des ions de plomb libres et des monomères de plomb, ce qui sera dangereux pour la santé une fois qu'ils entrent dans le corps humain.
Luo Jingshan estime que des problèmes tels que la stabilité peuvent être résolus par l'emballage de l'appareil. «Si dans le futur, ces deux problèmes sont résolus, il existe également un processus de préparation mature, peut également faire des dispositifs de pérovskite en verre translucide ou faire à la surface des bâtiments pour obtenir une intégration du bâtiment photovoltaïque, ou transformé en dispositifs pliables flexibles pour l'aérospatiale et D'autres champs, de sorte que la pérovskite dans l'espace sans environnement d'eau et d'oxygène joue un rôle maximum. » Luo Jingshan a confiance en l'avenir de la pérovskite.
Heure du poste: 15 avril-2023