सौर सेल अनुप्रयोगांसाठी पेरोव्स्काइटचे साधक आणि बाधक

फोटोव्होल्टिक उद्योगात, अलिकडच्या वर्षांत पेरोव्स्काइटला जोरदार मागणी होती. सौर पेशींच्या क्षेत्रात ते “आवडते” म्हणून का उदयास आले याचे कारण त्याच्या अद्वितीय परिस्थितीमुळे आहे. कॅल्शियम टायटॅनियम धातूमध्ये बर्‍याच उत्कृष्ट फोटोव्होल्टिक गुणधर्म, सोपी तयारी प्रक्रिया आणि कच्च्या मालाची विस्तृत श्रेणी आणि विपुल सामग्री आहे. याव्यतिरिक्त, पेरोव्स्काइटचा वापर ग्राउंड पॉवर प्लांट्स, विमानचालन, बांधकाम, घालण्यायोग्य उर्जा निर्मिती उपकरणे आणि इतर बर्‍याच क्षेत्रांमध्ये देखील केला जाऊ शकतो.
21 मार्च रोजी, निंगडे टाईम्सने “कॅल्शियम टायटनाइट सौर सेल आणि त्याची तयारी पद्धत आणि पॉवर डिव्हाइस” च्या पेटंटसाठी अर्ज केला. अलिकडच्या वर्षांत, घरगुती धोरणे आणि उपायांच्या समर्थनासह, कॅल्शियम-टिटॅनियम धातूचा उद्योग, कॅल्शियम-टिटॅनियम धातूचा सौर पेशींनी प्रतिनिधित्व केला आहे. तर पेरोव्स्काइट म्हणजे काय? पेरोव्स्काइटचे औद्योगिकीकरण कसे आहे? अजूनही कोणत्या आव्हानांना सामोरे जावे लागत आहे? विज्ञान आणि तंत्रज्ञान दैनिक रिपोर्टरने संबंधित तज्ञांची मुलाखत घेतली.

पेरोव्स्काइट कॅल्शियम किंवा टायटॅनियम नाही.

तथाकथित पेरोव्स्काइट्स कॅल्शियम किंवा टायटॅनियम नाहीत, परंतु आण्विक फॉर्म्युला एबीएक्स 3 सह समान क्रिस्टल स्ट्रक्चरसह “सिरेमिक ऑक्साईड्स” च्या वर्गासाठी एक सामान्य शब्द आहेत. ए म्हणजे “मोठे त्रिज्या केशन”, बी “मेटल केशन” आणि “हलोजन आयन” साठी एक्स. ए म्हणजे “मोठा त्रिज्या केशन”, बी म्हणजे “मेटल केशन” आणि एक्स म्हणजे “हलोजन आयन”. हे तीन आयन वेगवेगळ्या घटकांच्या व्यवस्थेद्वारे किंवा त्या दरम्यानचे अंतर समायोजित करून अनेक आश्चर्यकारक भौतिक गुणधर्म प्रदर्शित करू शकतात, ज्यात इन्सुलेशन, फेरोइलेक्ट्रिसिटी, अँटीफेरोमॅग्नेटिझम, राक्षस चुंबकीय प्रभाव इत्यादींसह मर्यादित नाही.
“सामग्रीच्या मूलभूत रचनेनुसार, पेरोव्स्काइट्सला अंदाजे तीन श्रेणींमध्ये विभागले जाऊ शकते: कॉम्प्लेक्स मेटल ऑक्साईड पेरोव्स्काइट्स, सेंद्रिय हायब्रीड पेरोव्हस्काइट्स आणि अजैविक हलोजेनेटेड पेरोव्स्काइट्स.” नानकाई युनिव्हर्सिटीच्या स्कूल ऑफ इलेक्ट्रॉनिक माहिती आणि ऑप्टिकल अभियांत्रिकीचे प्राध्यापक लुओ जिंगशान यांनी ओळखले की आता फोटोव्होल्टिक्समध्ये वापरल्या जाणार्‍या कॅल्शियम टायटॅनिट्स सहसा नंतरचे दोन असतात.
पेरोव्स्काइटचा वापर बर्‍याच क्षेत्रात केला जाऊ शकतो जसे की स्थलीय उर्जा प्रकल्प, एरोस्पेस, बांधकाम आणि घालण्यायोग्य उर्जा निर्मिती उपकरणे. त्यापैकी, फोटोव्होल्टिक फील्ड हे पेरोव्स्काइटचे मुख्य अनुप्रयोग क्षेत्र आहे. कॅल्शियम टायटनाइट स्ट्रक्चर्स अत्यंत डिझाइन करण्यायोग्य आहेत आणि खूप चांगली फोटोव्होल्टिक कामगिरी आहे, जी अलिकडच्या वर्षांत फोटोव्होल्टिक क्षेत्रातील एक लोकप्रिय संशोधन दिशा आहे.
पेरोव्स्काइटचे औद्योगिकीकरण वेगवान आहे आणि घरगुती उद्योग लेआउटसाठी स्पर्धा करीत आहेत. असे नोंदवले गेले आहे की कॅल्शियम टायटॅनियम धातूच्या मॉड्यूल्सचे पहिले 5,000 तुकडे हांग्जो फिना फोटोइलेक्ट्रिक टेक्नॉलॉजी कंपनी, लिमिटेड कडून पाठविले गेले; रेनशुओ फोटोव्होल्टिक (सुझोहू) कंपनी, लि. जगातील सर्वात मोठ्या 150 मेगावॅट पूर्ण कॅल्शियम टायटॅनियम ओरे लॅमिनेटेड पायलट लाइनच्या बांधकामास गती देखील वाढवित आहे; कुनशान जीसीएल फोटोइलेक्ट्रिक मटेरियल कंपनी लिमिटेड 150 मेगावॅट कॅल्शियम-टिटॅनियम ओरे फोटोव्होल्टिक मॉड्यूल प्रॉडक्शन लाइन पूर्ण केली गेली आहे आणि डिसेंबर 2022 मध्ये कार्यान्वित केली गेली आहे आणि उत्पादन गाठल्यानंतर वार्षिक आउटपुट मूल्य 300 दशलक्ष युआनपर्यंत पोहोचू शकते.

फोटोव्होल्टिक उद्योगात कॅल्शियम टायटॅनियम धातूचे स्पष्ट फायदे आहेत

फोटोव्होल्टिक उद्योगात, अलिकडच्या वर्षांत पेरोव्स्काइटला जोरदार मागणी होती. सौर पेशींच्या क्षेत्रात “आवडता” म्हणून हे का उदयास आले याचे कारण त्याच्या स्वत: च्या अद्वितीय परिस्थितीमुळे आहे.
“प्रथम, पेरोव्स्काइटकडे असंख्य उत्कृष्ट ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गुणधर्म आहेत, जसे की समायोज्य बँड गॅप, उच्च शोषण गुणांक, कमी एक्झिटॉन बाइंडिंग एनर्जी, उच्च कॅरियर गतिशीलता, उच्च दोष सहिष्णुता इ .; दुसरे म्हणजे, पेरोव्स्काइटची तयारी प्रक्रिया सोपी आहे आणि अर्धपारदर्शकता, अल्ट्रा-लाइटनेस, अल्ट्रा-पातळपणा, लवचिकता इत्यादी साध्य करू शकते. शेवटी, पेरोव्स्काइट कच्चा माल मोठ्या प्रमाणात उपलब्ध आणि विपुल आहे. " लुओ जिंगशानने ओळख करून दिली. आणि पेरोव्स्काइटच्या तयारीसाठी कच्च्या मालाची तुलनेने कमी शुद्धता देखील आवश्यक आहे.
सध्या, पीव्ही फील्ड मोठ्या संख्येने सिलिकॉन-आधारित सौर पेशी वापरते, जे मोनोक्रिस्टलिन सिलिकॉन, पॉलीक्रिस्टलिन सिलिकॉन आणि अनाकार सिलिकॉन सौर पेशींमध्ये विभागले जाऊ शकते. क्रिस्टलीय सिलिकॉन पेशींचे सैद्धांतिक फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण ध्रुव 29.4%आहे आणि सध्याचे प्रयोगशाळेचे वातावरण जास्तीत जास्त 26.7%पर्यंत पोहोचू शकते, जे रूपांतरणाच्या कमाल मर्यादेच्या अगदी जवळ आहे; तंत्रज्ञानाच्या सुधारणांचा किरकोळ फायदा देखील लहान आणि लहान होईल हे समजण्यासारखे आहे. याउलट, पेरोव्स्काइट पेशींच्या फोटोव्होल्टेइक रूपांतरण कार्यक्षमतेमध्ये जास्त सैद्धांतिक ध्रुव मूल्य 33%आहे आणि जर दोन पेरोव्स्काइट पेशी एकत्रितपणे खाली रचल्या गेल्या तर सैद्धांतिक रूपांतरण कार्यक्षमता 45%पर्यंत पोहोचू शकते.
“कार्यक्षमता” व्यतिरिक्त, आणखी एक महत्त्वाचा घटक म्हणजे “किंमत”. उदाहरणार्थ, पातळ फिल्म बॅटरीच्या पहिल्या पिढीची किंमत खाली येऊ शकत नाही याचे कारण म्हणजे कॅडमियम आणि गॅलियमचे साठा, जे पृथ्वीवरील दुर्मिळ घटक आहेत, ते खूपच लहान आहेत आणि परिणामी, उद्योग जितके अधिक विकसित झाला आहे म्हणजे, मागणी जितकी जास्त असेल तितकी उत्पादन खर्च जास्त असेल आणि तो कधीही मुख्य प्रवाहातील उत्पादन बनू शकला नाही. पेरोव्स्काइटची कच्ची सामग्री पृथ्वीवर मोठ्या प्रमाणात वितरित केली जाते आणि किंमत देखील खूप स्वस्त आहे.
याव्यतिरिक्त, कॅल्शियम-टिटॅनियम धातूचा लेप कॅल्शियम-टिटॅनियम धातूच्या बॅटरीसाठी जाडी केवळ काही शंभर नॅनोमीटर आहे, सिलिकॉन वेफर्सच्या सुमारे 1/500 व्या म्हणजे सामग्रीची मागणी खूपच कमी आहे. उदाहरणार्थ, क्रिस्टलीय सिलिकॉन पेशींसाठी सिलिकॉन मटेरियलची सध्याची जागतिक मागणी दर वर्षी सुमारे 500,000 टन आहे आणि जर त्या सर्वांना पेरोव्स्काइट पेशींनी बदलले तर केवळ 1000 टन पेरोव्स्काइट आवश्यक असेल.
उत्पादन खर्चाच्या बाबतीत, क्रिस्टलीय सिलिकॉन पेशींना सिलिकॉन शुद्धीकरण 99.9999%पर्यंत आवश्यक आहे, म्हणून सिलिकॉनला 1400 डिग्री सेल्सिअस पर्यंत गरम करणे आवश्यक आहे, द्रव मध्ये वितळले जाणे, गोल रॉड्स आणि स्लाइसमध्ये काढले जाणे आणि नंतर पेशींमध्ये एकत्र करणे, कमीतकमी चार कारखाने आणि दोनसह पेशींमध्ये एकत्र करणे आवश्यक आहे. दरम्यान ते तीन दिवस आणि जास्त उर्जा वापर. याउलट, पेरोव्स्काइट पेशींच्या उत्पादनासाठी, केवळ सब्सट्रेटवर पेरोव्स्काइट बेस लिक्विड लागू करणे आणि नंतर स्फटिकरुपाची प्रतीक्षा करणे आवश्यक आहे. संपूर्ण प्रक्रियेमध्ये केवळ काच, चिकट चित्रपट, पेरोव्स्काइट आणि रासायनिक साहित्य समाविष्ट आहे आणि एका कारखान्यात ते पूर्ण केले जाऊ शकते आणि संपूर्ण प्रक्रियेस फक्त 45 मिनिटे लागतात.
"पेरोव्स्काइटपासून तयार केलेल्या सौर पेशींमध्ये उत्कृष्ट फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण कार्यक्षमता आहे, जी या टप्प्यावर 25.7% पर्यंत पोहोचली आहे आणि भविष्यात पारंपारिक सिलिकॉन-आधारित सौर पेशींची जागा व्यावसायिक मुख्य प्रवाहात बनू शकते." लुओ जिंगशान म्हणाले.
औद्योगिकीकरणाला चालना देण्यासाठी तीन मोठ्या समस्या सोडविण्याची आवश्यकता आहे

चाल्कोकाइटच्या औद्योगिकीकरणाला प्रगती करताना, लोकांना अद्याप 3 समस्या सोडवणे आवश्यक आहे, म्हणजेच चॉकोसाइटची दीर्घकालीन स्थिरता, मोठ्या क्षेत्राची तयारी आणि शिसे विषाक्तता.
प्रथम, पेरोव्स्काइट पर्यावरणाबद्दल अत्यंत संवेदनशील आहे आणि तापमान, आर्द्रता, प्रकाश आणि सर्किट लोड यासारख्या घटकांमुळे पेरोव्स्काइटचे विघटन होऊ शकते आणि सेल कार्यक्षमतेत घट होऊ शकते. सध्या बहुतेक प्रयोगशाळेतील पेरोव्स्काइट मॉड्यूल फोटोव्होल्टिक उत्पादनांसाठी आयईसी 61215 आंतरराष्ट्रीय मानक पूर्ण करीत नाहीत, किंवा ते सिलिकॉन सौर पेशींच्या 10-20 वर्षांच्या आजीवनपर्यंत पोहोचत नाहीत, म्हणून पारंपारिक फोटोव्होल्टिक क्षेत्रात पेरोव्स्काइटची किंमत अद्याप फायदेशीर नाही. याव्यतिरिक्त, पेरोव्स्काइट आणि त्याच्या उपकरणांची अधोगती यंत्रणा खूप जटिल आहे आणि क्षेत्रातील प्रक्रियेबद्दल फार स्पष्ट समज नाही, किंवा एकीकृत परिमाणात्मक मानक देखील नाही, जे स्थिरता संशोधनासाठी हानिकारक आहे.
आणखी एक प्रमुख मुद्दा म्हणजे मोठ्या प्रमाणात त्यांना कसे तयार करावे. सध्या, जेव्हा डिव्हाइस ऑप्टिमायझेशन अभ्यास प्रयोगशाळेत केला जातो, तेव्हा वापरलेल्या उपकरणांचे प्रभावी प्रकाश क्षेत्र सामान्यत: 1 सेमी 2 पेक्षा कमी असते आणि जेव्हा मोठ्या प्रमाणात घटकांच्या व्यावसायिक अनुप्रयोगाच्या टप्प्यावर येते तेव्हा प्रयोगशाळेच्या तयारीच्या पद्धती सुधारणे आवश्यक असते किंवा बदलले. मोठ्या-क्षेत्र पेरोव्स्काइट चित्रपटांच्या तयारीसाठी सध्या लागू असलेल्या मुख्य पद्धती म्हणजे सोल्यूशन पद्धत आणि व्हॅक्यूम बाष्पीभवन पद्धत. सोल्यूशन पद्धतीत, पूर्ववर्ती सोल्यूशनचे एकाग्रता आणि प्रमाण, दिवाळखोर नसलेला प्रकार आणि स्टोरेज टाइमचा पेरोव्स्काइट चित्रपटांच्या गुणवत्तेवर चांगला परिणाम होतो. व्हॅक्यूम बाष्पीभवन पद्धत पेरोव्स्काइट चित्रपटांची चांगली गुणवत्ता आणि नियंत्रित करण्यायोग्य जमा करण्यास तयार करते, परंतु पूर्ववर्ती आणि सब्सट्रेट्स दरम्यान चांगला संपर्क साधणे पुन्हा कठीण आहे. याव्यतिरिक्त, पेरोव्स्काइट डिव्हाइसचा चार्ज ट्रान्सपोर्ट लेयर देखील एका मोठ्या क्षेत्रात तयार करणे आवश्यक आहे, प्रत्येक थरात सतत जमा असलेले उत्पादन रेषा औद्योगिक उत्पादनात स्थापित करणे आवश्यक आहे. एकंदरीत, पेरोव्स्काइट पातळ चित्रपटांच्या मोठ्या क्षेत्राच्या तयारीच्या प्रक्रियेस अद्याप पुढील ऑप्टिमायझेशन आवश्यक आहे.
शेवटी, आघाडीची विषाक्तता देखील चिंतेचा विषय आहे. सध्याच्या उच्च-कार्यक्षमतेच्या पेरोव्स्काइट उपकरणांच्या वृद्धत्व प्रक्रियेदरम्यान, पेरोव्स्काइट फ्री लीड आयन आणि लीड मोनोमर्स तयार करण्यासाठी विघटित करेल, जे मानवी शरीरात प्रवेश केल्यावर आरोग्यासाठी धोकादायक ठरेल.
लुओ जिंग्सन असा विश्वास ठेवतात की स्थिरतेसारख्या समस्या डिव्हाइस पॅकेजिंगद्वारे सोडवल्या जाऊ शकतात. “जर भविष्यात या दोन समस्या सोडवल्या गेल्या तर तेथे एक परिपक्व तयारी प्रक्रिया देखील आहे, पेरोव्स्काइट डिव्हाइस अर्धपारदर्शक काचेमध्ये बनवू शकतात किंवा फोटोव्होल्टिक बिल्डिंग एकत्रीकरण साध्य करण्यासाठी इमारतींच्या पृष्ठभागावर किंवा एरोस्पेस आणि एरोस्पेससाठी लवचिक फोल्डेबल डिव्हाइस बनवू शकतात. इतर फील्ड्स, जेणेकरून पाणी आणि ऑक्सिजन वातावरणाशिवाय जागेत पेरोव्स्काइट जास्तीत जास्त भूमिका बजावेल. ” लुओ जिंगशान यांना पेरोव्स्काइटच्या भविष्याबद्दल विश्वास आहे.