Apakah sel perovskit?

Sel suria perovskit (PSC) ialah sel suria filem nipis sebatian baharu yang menggunakan bahan perovskit sebagai lapisan penyerap cahaya. Nama perovskit diambil daripada nama ahli mineralogi Rusia, Perovski, dan kristal dengan struktur ABX3 dan yang serupa dengannya secara kolektif dipanggil perovskit. Sel suria perovskit, atau sel suria perovskit, ialah sel suria yang menggunakan semikonduktor halida logam organik jenis perovskit sebagai bahan penyerap cahaya.

Perovskit tidak secara khusus merujuk kepada sebatian tertentu yang mengandungi kalsium dan titanium, tetapi istilah umum untuk kelas bahan kristal dengan struktur ABX3, dan terdapat banyak jenis bahan untuk dipilih.

Struktur sel perovskit terutamanya terdiri daripada bahagian-bahagian penting berikut: substrat konduktif lutsinar, lapisan pengangkutan elektron, lapisan penyerap cahaya perovskit, lapisan pengangkutan lubang dan elektrod logam. Komponen-komponen ini berfungsi bersama untuk membolehkan sel perovskit menyerap cahaya matahari dengan berkesan dan menukarkannya kepada tenaga elektrik.

Substrat konduktif lutsinar:Ini adalah asas sel perovskit. Ia biasanya diperbuat daripada bahan seperti timah oksida yang didop fluorin (FTO) atau timah oksida yang didop indium (ITO), yang mempunyai transmisi cahaya yang tinggi dan kekonduksian yang baik. Fungsi utamanya adalah untuk memperkenalkan cahaya matahari dan mengumpul arus yang dijana. Pemilihan substrat konduktif lutsinar adalah penting untuk prestasi sel solar perovskit kerana ia bukan sahaja mempengaruhi insiden cahaya, tetapi juga mempengaruhi pengekstrakan arus.

Lapisan pengangkutan elektron: Ia terletak di antara substrat konduktif lutsinar dan lapisan penyerapan cahaya perovskit, dan fungsi utamanya adalah untuk mengangkut elektron. Bahan lapisan pengangkutan elektron yang biasa digunakan termasuk titanium dioksida (TiO2), zink oksida (ZnO), dan sebagainya. Bahan-bahan ini mempunyai mobiliti dan kestabilan elektron yang baik, dan boleh memindahkan elektron yang dihasilkan dalam lapisan penyerapan cahaya perovskit ke substrat konduktif lutsinar.

Lapisan penyerapan cahaya perovskit:Ini merupakan bahagian teras sel suria perovskit, yang kebanyakannya terdiri daripada bahan perovskit halida organik dengan struktur ABX3. Bahan-bahan ini mempunyai prestasi penukaran fotoelektrik yang sangat baik dan boleh menukar tenaga cahaya matahari kepada tenaga elektrik dengan berkesan. Proses penyediaan dan prestasi lapisan penyerapan cahaya perovskit mempunyai pengaruh yang menentukan terhadap prestasi keseluruhan sel suria perovskit.

Lapisan pengangkutan lubang:Terletak di antara lapisan penyerap cahaya perovskit dan elektrod logam, fungsi utamanya adalah untuk mengangkut lubang. Bahan lapisan pengangkutan lubang yang biasa termasuk Spiro-OMeTAD, dan sebagainya. Bahan-bahan ini boleh mengekstrak dan mengangkut lubang fotojana dengan berkesan, sekali gus meningkatkan kecekapan penukaran fotoelektrik sel.

Elektrod logam: Ini merupakan proses terakhir sel solar perovskit, yang bertanggungjawab terutamanya untuk memindahkan cas dan menyambungkan litar luaran. Ia biasanya dibuat dengan menyejatkan lapisan emas, perak atau aluminium di bahagian luar lapisan pengangkutan lubang untuk meningkatkan kekonduksian elektrod.

Klasifikasi struktur sel suria perovskit adalah pelbagai, dan setiap struktur mempunyai ciri unik dan senario yang boleh digunakan, biasanya termasuk struktur mesoporous formal, struktur planar formal dan struktur trans-planar.

Peringkat perkembangan sel perovskit

Sejarah perkembangan sel HJT boleh dibahagikan kepada empat peringkat: tempoh prototaip teknologi, tempoh pengumpulan teknologi, tempoh perkembangan pesat dan tempoh wabak.

Kelebihan sel perovskit

Berbanding dengan silikon kristal, perovskit mempunyai tiga kelebihan teras, iaitu kecekapan penukaran fotoelektrik yang tinggi, bahan mentah yang banyak dan sintesis yang mudah, proses pengeluaran yang singkat, dan senario aplikasi yang kaya.

Kecekapan penukaran fotoelektrik yang tinggi

Data menunjukkan bahawa kecekapan had teori sel silikon kristal tunggal adalah kira-kira 29%, manakala kecekapan teori sel fotovoltaik perovskit simpang tunggal boleh mencapai 31%; sel perovskit bertindan, termasuk sel silikon/perovskit kristal bertindan berganda, boleh mencapai kecekapan penukaran sebanyak 35%, dan kecekapan teori sel simpang tiga perovskit boleh mencapai lebih daripada 45%, jadi ia dianggap oleh industri sebagai generasi arus perdana yang seterusnya. Teknologi Fotovoltaiknologi.

Bahan yang kaya dan mudah disintesis

Bahan mentah asas sel silikon kristal ialah silikon polikristalin, yang memerlukan banyak tenaga untuk menulenkan bahan silikon asal. Proses pengeluaran sel perovskit tidak memerlukan bahan silikon. Bahan mentah yang diperlukan untuk pengeluaran perovskit halida logam adalah banyak dan murah, dan penyediaan cecair prekursor tidak melibatkan sebarang proses yang kompleks, dan keperluan ketulenan tidak tinggi. Komponen seterusnya tidak memerlukan keperluan persekitaran pemprosesan yang tinggi. Proses pengeluaran komponen tidak memerlukan suhu pemprosesan kira-kira 1,000 darjah sel silikon kristal. Penggunaan tenaga dalam proses pengeluaran agak rendah, dan kebanyakan pautan tidak memerlukan persekitaran vakum. Pada masa ini, bahan elektrod menyumbang sebahagian besar struktur kos komponen perovskit, mencapai 37%, dan kos bahan perovskit itu sendiri hanya menyumbang 5%. Komponen perovskit masih mempunyai ruang pengurangan kos yang besar pada masa hadapan.

Proses pengeluaran yang singkat

Sel silikon kristal secara amnya memerlukan empat peringkat pengeluaran dan pembuatan: bahan silikon, wafer silikon, sel dan komponen. Proses ini mengambil masa sekurang-kurangnya 3 hari, manakala proses pengeluaran sel bijih titanium adalah mudah. ​​Kaca, filem, bahan sasaran dan bahan mentah kimia boleh diproses menjadi komponen dalam satu kilang dalam masa 45 minit. Rantaian perindustrian dipendekkan dengan ketara dan nilainya sangat tertumpu.

Senario aplikasi yang kaya

Perovskit mempunyai ciri-ciri ringan, fleksibiliti, dan rintangan cahaya rendah yang tinggi, dan mempunyai pelbagai senario aplikasi hiliran. Termasuk bangunan fotovoltaik, dinding langsir penjanaan kuasa, batu penjanaan kuasa, fotovoltaik bumbung, peranti mudah alih dan produk elektronik, sensor rangkaian, dan sebagainya. Dengan kemajuan teknologi, senario aplikasi perovskit penuh dengan imaginasi.

Proses sel perovskit

Proses penyediaan lapisan sel perovskit yang menyerap cahaya secara amnya merujuk kepada proses penyediaan fotovoltaik filem nipis seperti filem nipis berasaskan silikon dan filem nipis kuprum indium galium selenida, dan dibahagikan kepada dua kategori: proses basah dan proses kering. Antaranya, proses basah termasuk salutan celah dan percetakan skrin.

Biasanya, syarikat sel perovskit akan cuba menjalankan demonstrasi awal pelbagai laluan teknikal di peringkat makmal. Apabila beralih ke barisan pengeluaran rintis 100MW berskala besar, kebanyakan syarikat kini menggunakan proses basah untuk menyediakan komponen perovskit, dan beberapa syarikat memilih proses kering atau proses dua langkah salutan serta penyejatan.

Selain lapisan penyerapan cahaya, lapisan teras sel perovskit simpang tunggal juga merangkumi lapisan pengangkutan elektron dan lapisan pengangkutan lubang. Laluan teknologi pemendapan lapisan pengangkutan elektron dan lapisan pengangkutan lubang agak serupa, pada asasnya termasuk PVD (termasuk percikan magnetron dan penyejatan), pemendapan plasma reaktif (RPD) dan salutan celah. Pada masa ini, laluan arus perdana untuk menyediakan lapisan teras perovskit dalam industri termasuk PVD→salutan celah (percetakan skrin)→RPD (PVD), PVD→PVD (pemendapan wap)→RPD (PVD), dan PVD→salutan celah + PVD (penyejatan)→RPD (PVD). Laluan teknikal yang berbeza mempunyai kelebihan dan kekurangan, dan laluan teknikal yang bersatu masih belum dibentuk.

Kaedah salutan aliran proses keseluruhan sel perovskit

Kaedah salutan proses pengeluaran keseluruhan sel perovskit dibahagikan kepada penyediaan sel bahagian hadapan dan pembungkusan komponen bahagian belakang, dengan jumlah lebih daripada 30 pautan. Proses bahagian hadapan terutamanya merangkumi penyediaan elektrod hadapan, pengisaran laser, lapisan penyerapan cahaya perovskit, penghantaran elektron, penghantaran lubang, penyediaan elektrod belakang, dan sebagainya, antaranya lapisan penyerapan cahaya perovskit adalah yang paling kritikal. Proses bahagian belakang terutamanya merangkumi laminasi pita, salutan pelekat butil, laminasi dan kimpalan kotak simpang, pengujian dan proses lain.

Susun atur perusahaan sel Perovskit

Pada masa ini, teknologi sel perovskit telah berkembang menjelang pengeluaran besar-besaran komersial. Banyak syarikat R&D dan pembuatan sel perovskit profesional seperti GCL Optoelectronics, Xianna Optoelectronics, Jidian Optoelectronics, Wandu Optoelectronics, Renshuo Optoelectronics dan syarikat lain sedang giat mempromosikan pengeluaran besar-besaran komersial sel perovskit. Syarikat sel silikon kristal asal sedang giat mempromosikan penyelidikan dan pembangunan sel dwi-keratan perovskit dan silikon kristal.

Trend pembangunan perovskit pada masa hadapan sel

Pada masa ini, industri secara amnya percaya bahawa sel bertindan yang terdiri daripada sel perovskit dan silikon kristal merupakan hala tuju teknikal yang penting pada masa hadapan. Oleh itu, industri secara amnya optimistik tentang trend pembangunan sel perovskit, dan sel perovskit juga digemari oleh syarikat fotovoltaik dan modal. Industri menjangkakan kapasiti pengeluaran sel perovskit akan mencapai 461GW pada tahun 2030.

Menurut statistik yang tidak lengkap, dari tahun 2023 hingga kini, syarikat-syarikat seperti Pulse Energy, Zhongneng Photovoltaic Storage, Heijing Optoelectronics, Renshuo Photovoltaic dan Jidian Photovoltaic mempunyai sejumlah 15 acara pembiayaan. Jumlah pembiayaan adalah antara puluhan juta hingga ratusan juta.

Bagi teknologi sel perovskit, kelebihan terbesarnya terletak pada potensi masa depannya, yang menjadikannya mempunyai nilai pelaburan yang berpotensi, dan oleh itu ia juga dinilai oleh modal utama dan bank pelaburan.