בתעשיית הפוטו-וולטאים, פרובסקיט זוכה לביקוש חם בשנים האחרונות.הסיבה לכך שהוא התגלה כ"מועדף" בתחום התאים הסולאריים נובעת מהתנאים הייחודיים שלו.לעפרת סידן טיטניום יש הרבה תכונות פוטו-וולטאיות מצוינות, תהליך הכנה פשוט ומגוון רחב של חומרי גלם ותכולה שופעת.בנוסף, ניתן להשתמש בפרובסקיט גם בתחנות כוח קרקעיות, תעופה, בנייה, התקני ייצור חשמל לבישים ותחומים רבים אחרים.
ב-21 במרץ, הגיש Ningde Times בקשה לפטנט של "תא סולארי סידן טיטניט ושיטת ההכנה שלו ומכשיר הכוח שלו".בשנים האחרונות, בתמיכה של מדיניות ואמצעים מקומיים, תעשיית עפרות סידן-טיטניום, המיוצגת על ידי תאים סולאריים של עפרות סידן-טיטניום, עשתה צעדים גדולים.אז מה זה פרובסקיט?איך התיעוש של פרובסקיט?אילו אתגרים עדיין מתמודדים?כתב היומי המדע והטכנולוגיה ראיין את המומחים הרלוונטיים.
פרוסקיט אינו סידן ולא טיטניום.
מה שנקרא פרוסקיטים הם לא סידן ולא טיטניום, אלא מונח כללי למחלקה של "תחמוצות קרמיות" עם אותו מבנה גבישי, עם הנוסחה המולקולרית ABX3.A מייצג "קטיון ברדיוס גדול", B עבור "קטיון מתכת" ו-X עבור "אניון הלוגן".A מייצג "קטיון ברדיוס גדול", B מייצג "קטיון מתכת" ו-X מייצג "אניון הלוגן".שלושת היונים הללו יכולים להפגין תכונות פיסיקליות מדהימות רבות באמצעות סידור של אלמנטים שונים או על ידי התאמת המרחק ביניהם, כולל אך לא רק בידוד, פרו-אלקטריות, אנטי-פרומגנטיות, אפקט מגנטי ענק וכו'.
"בהתאם להרכב היסודות של החומר, ניתן לחלק פרוסקיטים באופן גס לשלוש קטגוריות: פרוסקיטים תחמוצת מתכת מורכבים, פרוסקיטים היברידיים אורגניים ופרוסקיטים הלוגניים אנאורגניים."לואו ג'ינגשאן, פרופסור בבית הספר למידע אלקטרוני והנדסה אופטית של אוניברסיטת ננקאי, הציג שהטיטניטים הסידן המשמשים כיום בפוטו-וולטאים הם בדרך כלל השניים האחרונים.
ניתן להשתמש בפרוסקיט בתחומים רבים כגון תחנות כוח יבשתיות, תעופה וחלל, בנייה והתקני ייצור חשמל לבישים.ביניהם, שדה פוטו-וולטאי הוא אזור היישום העיקרי של פרוסקיט.מבני סידן טיטנייט ניתנים לעיצוב וביצועים פוטו-וולטאיים טובים מאוד, שהם כיוון מחקר פופולרי בתחום הפוטו-וולטאי בשנים האחרונות.
התיעוש של פרובסקיט מואץ, ומפעלים מקומיים מתחרים על הפריסה.דווח כי 5,000 החתיכות הראשונות של מודולי עפרות סידן טיטניום נשלחו מ- Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd;Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd גם מאיצה את בניית קו הפיילוט הגדול בעולם 150 MW מלא סידן טיטניום עפרות;קו-נשאן GCL Photoelectric Materials Co. Ltd. קו ייצור מודול פוטו-וולטאי סידן-טיטניום 150 MW הושלם והוכנס לפעולה בדצמבר 2022, וערך התפוקה השנתי יכול להגיע ל-300 מיליון יואן לאחר הגעה לייצור.
לעפרת סידן טיטניום יש יתרונות ברורים בתעשייה הפוטו-וולטאית
בתעשיית הפוטו-וולטאים, פרובסקיט זוכה לביקוש חם בשנים האחרונות.הסיבה לכך שהוא התגלה כ"מועדף" בתחום התאים הסולאריים נובעת מהתנאים הייחודיים שלו.
"ראשית, לפרובסקיט יש מספר רב של תכונות אופטואלקטרוניות מעולות, כגון פער פס מתכוונן, מקדם ספיגה גבוה, אנרגיית קשירה נמוכה של אקציטון, ניידות נשא גבוהה, סובלנות גבוהה לפגמים וכו';שנית, תהליך ההכנה של פרובסקיט הוא פשוט ויכול להשיג שקיפות, קלות במיוחד, דק במיוחד, גמישות וכו'. לבסוף, חומרי הגלם של פרוסקיט זמינים בשפע ובשפע".לואו ג'ינגשאן הציג.וגם הכנת פרובסקיט דורשת טוהר נמוך יחסית של חומרי גלם.
כיום, תחום ה-PV משתמש במספר רב של תאים סולאריים מבוססי סיליקון, אותם ניתן לחלק לסיליקון חד גבישי, סיליקון רב גבישי ותאים סולאריים סיליקון אמורפי.קוטב ההמרה הפוטואלקטרי התיאורטי של תאי סיליקון גבישי הוא 29.4%, וסביבת המעבדה הנוכחית יכולה להגיע למקסימום של 26.7%, שזה קרוב מאוד לתקרת ההמרה;ניתן לצפות מראש שגם הרווח השולי של שיפור טכנולוגי ילך וקטן.לעומת זאת, ליעילות ההמרה הפוטו-וולטאית של תאי פרוסקיט יש ערך קוטב תיאורטי גבוה יותר של 33%, ואם שני תאי פרוסקיט מוערמים יחדיו למעלה ולמטה, יעילות ההמרה התיאורטית יכולה להגיע ל-45%.
בנוסף ל"יעילות", גורם חשוב נוסף הוא "עלות".לדוגמה, הסיבה לכך שהעלות של הדור הראשון של סוללות סרט דק לא יכולה לרדת היא שמאגרי הקדמיום והגליום, שהם יסודות נדירים על פני כדור הארץ, קטנים מדי, וכתוצאה מכך, ככל שהתעשייה מפותחת יותר. הוא שככל שהביקוש גדול יותר, עלות הייצור גבוהה יותר, והוא מעולם לא הצליח להפוך למוצר מיינסטרים.חומרי הגלם של פרובסקיט מופצים בכמויות גדולות על פני כדור הארץ, וגם המחיר זול מאוד.
בנוסף, עובי ציפוי עפרות סידן-טיטניום לסוללות עפרות סידן-טיטניום הוא רק כמה מאות ננומטרים, כ-1/500 מזה של פרוסות סיליקון, מה שאומר שהביקוש לחומר קטן מאוד.לדוגמה, הביקוש העולמי כיום לחומר סיליקון לתאי סיליקון גבישי הוא כ-500,000 טון בשנה, ואם כולם יוחלפו בתאי פרוסקיט, יהיה צורך בכ-1,000 טון פרובסקיט בלבד.
מבחינת עלויות ייצור, תאי סיליקון גבישי דורשים טיהור סיליקון ל-99.9999%, ולכן יש לחמם את הסיליקון ל-1400 מעלות צלזיוס, להמיס לנוזל, לשאוב למוטות עגולים ולפרוסות, ולאחר מכן להרכיב לתאים, עם לפחות ארבעה מפעלים ושניים. עד שלושה ימים ביניהם, וצריכת אנרגיה גדולה יותר.לעומת זאת, לייצור תאי פרובסקיט יש צורך רק למרוח את נוזל בסיס הפרובסקיט על המצע ולאחר מכן להמתין להתגבשות.כל התהליך כולל רק זכוכית, סרט דבק, פרובסקיט וחומרים כימיים, וניתן להשלים אותו במפעל אחד, וכל התהליך אורך כ-45 דקות בלבד.
"לתאים סולאריים שהוכנו מפרוסקיט יש יעילות המרה פוטו-אלקטרית מצוינת, שהגיעה ל-25.7% בשלב זה, ועשויה להחליף בעתיד תאים סולאריים מסורתיים מבוססי סיליקון כדי להפוך למיינסטרים המסחרי".אמר לואו ג'ינגשאן.
ישנן שלוש בעיות עיקריות שצריך לפתור כדי לקדם את התיעוש
בקידום התיעוש של החלקוזיט, אנשים עדיין צריכים לפתור 3 בעיות, כלומר היציבות ארוכת הטווח של הכלקוציט, הכנת שטח גדול והרעילות של עופרת.
ראשית, פרובסקיט רגיש מאוד לסביבה, וגורמים כמו טמפרטורה, לחות, אור ועומס במעגל יכולים להוביל לפירוק הפרובסקיט ולהפחתת יעילות התא.נכון לעכשיו, רוב מודולי הפרובסקיט במעבדה אינם עומדים בתקן הבינלאומי של IEC 61215 למוצרים פוטו-וולטאיים, ואינם מגיעים ל-10-20 שנות חיים של תאים סולאריים מסיליקון, כך שעלות הפרובסקיט עדיין אינה מועילה בתחום הפוטו-וולטאי המסורתי.בנוסף, מנגנון הפירוק של פרובסקיט ומכשיריו מורכב מאוד, ואין הבנה מאוד ברורה של התהליך בשטח, וגם אין תקן כמותי מאוחד, הפוגע בחקר היציבות.
נושא מרכזי נוסף הוא כיצד להכין אותם בקנה מידה גדול.נכון להיום, כאשר מבוצעים מחקרי ייעול מכשירים במעבדה, שטח האור האפקטיבי של המכשירים בהם נעשה שימוש הוא בדרך כלל פחות מ-1 סמ"ר, וכאשר מדובר בשלב היישום המסחרי של רכיבים בקנה מידה גדול, יש לשפר את שיטות ההכנה במעבדה. או הוחלף.השיטות העיקריות החלות כיום להכנת סרטי פרוסקיט בשטח גדול הן שיטת הפתרון ושיטת האידוי בוואקום.בשיטת התמיסה, לריכוז וליחס של תמיסת הפרקורסור, לסוג הממס ולזמן האחסון יש השפעה רבה על איכות סרטי הפרובסקיט.שיטת אידוי ואקום מכינה שקיעה באיכות טובה וניתנת לשליטה של סרטי פרוסקיט, אך שוב קשה להשיג מגע טוב בין מבשרי ומצעים.בנוסף, מכיוון שגם שכבת הובלת המטען של מכשיר הפרובסקיט צריכה להיות מוכנה בשטח גדול, יש להקים קו ייצור עם שקיעה רציפה של כל שכבה בייצור תעשייתי.בסך הכל, תהליך הכנת השטח הגדול של סרטים דקים perovskite עדיין זקוק לאופטימיזציה נוספת.
לבסוף, גם הרעילות של עופרת היא נושא מדאיג.במהלך תהליך ההזדקנות של מכשירי פרובסקיט בעלי יעילות גבוהה, פרובסקיט יתפרק כדי לייצר יוני עופרת חופשיים ומונומרים של עופרת, אשר יהיו מסוכנים לבריאות ברגע שהם נכנסים לגוף האדם.
לואו ג'ינגשאן מאמין שניתן לפתור בעיות כמו יציבות על ידי אריזת המכשיר."אם בעתיד, שתי הבעיות הללו ייפתרו, יש גם תהליך הכנה בוגר, יכול גם להפוך התקני פרוסקיט לזכוכית שקופה או לעשות על פני השטח של בניינים כדי להשיג אינטגרציה של בניינים פוטו-וולטאיים, או להפוך להתקנים מתקפלים גמישים עבור תעופה וחלל. שדות אחרים, כך שפרוסקיט בחלל ללא סביבת מים וחמצן ישחק תפקיד מקסימלי."לואו ג'ינגשאן בטוח לגבי עתידו של הפרובסקיט.
זמן פרסום: 15 באפריל 2023