સોલર સેલ એપ્લિકેશન માટે પેરોવસ્કાઈટના ફાયદા અને ગેરફાયદા

ફોટોવોલ્ટેઇક ઉદ્યોગમાં, તાજેતરના વર્ષોમાં પેરોવસ્કાઇટની ભારે માંગ છે. સૌર કોષોના ક્ષેત્રમાં તે "મનપસંદ" તરીકે ઉભરી આવવાનું કારણ તેની અનન્ય પરિસ્થિતિઓને કારણે છે. કેલ્શિયમ ટાઇટેનિયમ ઓરમાં ઘણા ઉત્તમ ફોટોવોલ્ટેઇક ગુણધર્મો, સરળ તૈયારી પ્રક્રિયા અને કાચી સામગ્રીની વિશાળ શ્રેણી અને વિપુલ પ્રમાણમાં સામગ્રી છે. આ ઉપરાંત, પેરોવસ્કાઈટનો ઉપયોગ ગ્રાઉન્ડ પાવર પ્લાન્ટ, ઉડ્ડયન, બાંધકામ, પહેરી શકાય તેવા પાવર જનરેશન ઉપકરણો અને અન્ય ઘણા ક્ષેત્રોમાં પણ થઈ શકે છે.
21 માર્ચના રોજ, નિંગડે ટાઇમ્સે "કેલ્શિયમ ટાઇટેનાઇટ સોલાર સેલ અને તેની તૈયારીની પદ્ધતિ અને પાવર ડિવાઇસ"ની પેટન્ટ માટે અરજી કરી. તાજેતરના વર્ષોમાં, સ્થાનિક નીતિઓ અને પગલાંઓના સમર્થન સાથે, કેલ્શિયમ-ટાઇટેનિયમ ઓર ઉદ્યોગ, કેલ્શિયમ-ટાઇટેનિયમ ઓર સૌર કોષો દ્વારા રજૂ થાય છે, તેણે ઘણી પ્રગતિ કરી છે. તો પેરોવસ્કાઇટ શું છે? પેરોવસ્કાઇટનું ઔદ્યોગિકીકરણ કેવી રીતે થાય છે? હજુ પણ કયા પડકારોનો સામનો કરવો પડી રહ્યો છે? સાયન્સ એન્ડ ટેક્નોલોજી ડેલીના રિપોર્ટરે સંબંધિત નિષ્ણાતોની મુલાકાત લીધી હતી.

પેરોવસ્કાઇટ કેલ્શિયમ કે ટાઇટેનિયમ નથી.

કહેવાતા પેરોવસ્કાઇટ્સ કેલ્શિયમ કે ટાઇટેનિયમ નથી, પરંતુ મોલેક્યુલર ફોર્મ્યુલા ABX3 સાથે સમાન સ્ફટિક માળખું ધરાવતા "સિરામિક ઓક્સાઇડ્સ" ના વર્ગ માટે સામાન્ય શબ્દ છે. A નો અર્થ "મોટા ત્રિજ્યા કેશન", B માટે "મેટલ કેશન" અને X નો અર્થ "હેલોજન આયન" થાય છે. A નો અર્થ "મોટા ત્રિજ્યા કેશન", B નો અર્થ "મેટલ કેશન" અને X નો અર્થ "હેલોજન આયન" છે. આ ત્રણ આયનો વિવિધ તત્વોની ગોઠવણી દ્વારા અથવા તેમની વચ્ચેના અંતરને સમાયોજિત કરીને ઘણા અદ્ભુત ભૌતિક ગુણધર્મોને પ્રદર્શિત કરી શકે છે, જેમાં ઇન્સ્યુલેશન, ફેરોઇલેક્ટ્રીસીટી, એન્ટિફેરોમેગ્નેટિઝમ, વિશાળ ચુંબકીય અસર વગેરેનો સમાવેશ થાય છે પરંતુ તેના સુધી મર્યાદિત નથી.
"સામગ્રીની મૂળભૂત રચના અનુસાર, પેરોવસ્કાઇટ્સને આશરે ત્રણ કેટેગરીમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: જટિલ મેટલ ઓક્સાઇડ પેરોવસ્કાઇટ્સ, કાર્બનિક હાઇબ્રિડ પેરોવસ્કાઇટ્સ અને અકાર્બનિક હેલોજેનેટેડ પેરોવસ્કાઇટ્સ." નાનકાઈ યુનિવર્સિટીના ઈલેક્ટ્રોનિક ઈન્ફોર્મેશન એન્ડ ઓપ્ટિકલ એન્જિનિયરિંગના પ્રોફેસર લુઓ જિંગશાને રજૂઆત કરી હતી કે હવે ફોટોવોલ્ટેઈક્સમાં ઉપયોગમાં લેવાતા કેલ્શિયમ ટાઈટેનાઈટ સામાન્ય રીતે પછીના બે છે.
પેરોવસ્કાઈટનો ઉપયોગ પાર્થિવ પાવર પ્લાન્ટ્સ, એરોસ્પેસ, બાંધકામ અને પહેરી શકાય તેવા પાવર જનરેશન ઉપકરણો જેવા ઘણા ક્ષેત્રોમાં થઈ શકે છે. તેમાંથી, ફોટોવોલ્ટેઇક ક્ષેત્ર પેરોવસ્કાઇટનો મુખ્ય એપ્લિકેશન વિસ્તાર છે. કેલ્શિયમ ટાઇટેનાઇટ સ્ટ્રક્ચર્સ ખૂબ જ ડિઝાઇન કરવા યોગ્ય છે અને તેમાં ખૂબ જ સારી ફોટોવોલ્ટેઇક કામગીરી છે, જે તાજેતરના વર્ષોમાં ફોટોવોલ્ટેઇક ક્ષેત્રમાં એક લોકપ્રિય સંશોધન દિશા છે.
પેરોવસ્કાઇટનું ઔદ્યોગિકીકરણ ઝડપી થઈ રહ્યું છે, અને સ્થાનિક સાહસો લેઆઉટ માટે સ્પર્ધા કરી રહ્યા છે. એવું નોંધવામાં આવે છે કે કેલ્શિયમ ટાઇટેનિયમ ઓર મોડ્યુલના પ્રથમ 5,000 ટુકડાઓ Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd તરફથી મોકલવામાં આવ્યા હતા; રેન્શુઓ ફોટોવોલ્ટેઇક (સુઝોઉ) કંપની લિમિટેડ વિશ્વની સૌથી મોટી 150 મેગાવોટ પૂર્ણ કેલ્શિયમ ટાઇટેનિયમ ઓર લેમિનેટેડ પાયલોટ લાઇનના નિર્માણને પણ વેગ આપી રહી છે; કુનશાન GCL ફોટોઇલેક્ટ્રિક મટિરિયલ્સ કંપની લિમિટેડ. 150 મેગાવોટ કેલ્શિયમ-ટાઇટેનિયમ ઓર ફોટોવોલ્ટેઇક મોડ્યુલ ઉત્પાદન લાઇન પૂર્ણ કરવામાં આવી છે અને ડિસેમ્બર 2022 માં કાર્યરત કરવામાં આવી છે, અને ઉત્પાદન સુધી પહોંચ્યા પછી વાર્ષિક ઉત્પાદન મૂલ્ય 300 મિલિયન યુઆન સુધી પહોંચી શકે છે.

ફોટોવોલ્ટેઇક ઉદ્યોગમાં કેલ્શિયમ ટાઇટેનિયમ ઓરના સ્પષ્ટ ફાયદા છે

ફોટોવોલ્ટેઇક ઉદ્યોગમાં, તાજેતરના વર્ષોમાં પેરોવસ્કાઇટની ભારે માંગ છે. સૌર કોષોના ક્ષેત્રમાં તે "પ્રિય" તરીકે ઉભરી આવવાનું કારણ તેની પોતાની અનન્ય પરિસ્થિતિઓને કારણે છે.
“પ્રથમ તો, પેરોવસ્કાઈટમાં અસંખ્ય ઉત્તમ ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક ગુણધર્મો છે, જેમ કે એડજસ્ટેબલ બેન્ડ ગેપ, ઉચ્ચ શોષણ ગુણાંક, ઓછી ઉત્તેજક બંધનકર્તા ઊર્જા, ઉચ્ચ વાહક ગતિશીલતા, ઉચ્ચ ખામી સહનશીલતા, વગેરે; બીજું, પેરોવસ્કાઈટની તૈયારીની પ્રક્રિયા સરળ છે અને તે અર્ધપારદર્શકતા, અતિ-હળકાશ, અતિ-પાતળાપણું, લવચીકતા વગેરે હાંસલ કરી શકે છે. છેવટે, પેરોવસ્કાઈટ કાચો માલ બહોળો અને વિપુલ પ્રમાણમાં ઉપલબ્ધ છે." લુઓ જિંગશાને રજૂઆત કરી હતી. અને પેરોવસ્કાઇટની તૈયારી માટે કાચા માલની પ્રમાણમાં ઓછી શુદ્ધતાની પણ જરૂર છે.
હાલમાં, પીવી ક્ષેત્ર મોટી સંખ્યામાં સિલિકોન-આધારિત સૌર કોષોનો ઉપયોગ કરે છે, જેને મોનોક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન, પોલીક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન અને આકારહીન સિલિકોન સૌર કોષોમાં વિભાજિત કરી શકાય છે. સ્ફટિકીય સિલિકોન કોષોનો સૈદ્ધાંતિક ફોટોઇલેક્ટ્રિક રૂપાંતર ધ્રુવ 29.4% છે, અને વર્તમાન પ્રયોગશાળા વાતાવરણ મહત્તમ 26.7% સુધી પહોંચી શકે છે, જે રૂપાંતરણની ટોચમર્યાદાની ખૂબ નજીક છે; તે અગમ્ય છે કે તકનીકી સુધારણાનો સીમાંત લાભ પણ નાનો અને નાનો થતો જશે. તેનાથી વિપરીત, પેરોવસ્કાઇટ કોષોની ફોટોવોલ્ટેઇક રૂપાંતરણ કાર્યક્ષમતા 33% નું ઉચ્ચ સૈદ્ધાંતિક ધ્રુવ મૂલ્ય ધરાવે છે, અને જો બે પેરોવસ્કાઇટ કોષો ઉપર અને નીચે એકસાથે સ્ટેક કરવામાં આવે છે, તો સૈદ્ધાંતિક રૂપાંતરણ કાર્યક્ષમતા 45% સુધી પહોંચી શકે છે.
"કાર્યક્ષમતા" ઉપરાંત, અન્ય મહત્વપૂર્ણ પરિબળ "ખર્ચ" છે. ઉદાહરણ તરીકે, પાતળી ફિલ્મ બેટરીની પ્રથમ પેઢીની કિંમત ઘટી શકતી નથી તેનું કારણ એ છે કે કેડમિયમ અને ગેલિયમનો ભંડાર, જે પૃથ્વી પરના દુર્લભ તત્વો છે, તે ખૂબ જ નાનો છે, અને પરિણામે, ઉદ્યોગ વધુ વિકસિત થાય છે. છે, માંગ જેટલી વધારે છે, ઉત્પાદન ખર્ચ વધારે છે, અને તે ક્યારેય મુખ્ય પ્રવાહનું ઉત્પાદન બની શક્યું નથી. પેરોવસ્કાઇટનો કાચો માલ પૃથ્વી પર મોટી માત્રામાં વિતરિત કરવામાં આવે છે, અને કિંમત પણ ખૂબ સસ્તી છે.
વધુમાં, કેલ્શિયમ-ટાઈટેનિયમ ઓર બેટરીઓ માટે કેલ્શિયમ-ટાઈટેનિયમ ઓર કોટિંગની જાડાઈ માત્ર થોડાક સો નેનોમીટર છે, જે સિલિકોન વેફર્સની 1/500મી છે, જેનો અર્થ છે કે સામગ્રીની માંગ ઘણી ઓછી છે. ઉદાહરણ તરીકે, સ્ફટિકીય સિલિકોન કોષો માટે સિલિકોન સામગ્રીની વર્તમાન વૈશ્વિક માંગ લગભગ 500,000 ટન પ્રતિ વર્ષ છે, અને જો તે બધાને પેરોવસ્કાઇટ કોષો સાથે બદલવામાં આવે, તો માત્ર 1,000 ટન પેરોવસ્કાઇટની જરૂર પડશે.
ઉત્પાદન ખર્ચના સંદર્ભમાં, સ્ફટિકીય સિલિકોન કોષોને 99.9999% સુધી સિલિકોન શુદ્ધિકરણની જરૂર પડે છે, તેથી સિલિકોનને 1400 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધી ગરમ કરીને, પ્રવાહીમાં ઓગળવું જોઈએ, ગોળ સળિયા અને ટુકડાઓમાં દોરવામાં આવે છે, અને પછી ઓછામાં ઓછા ચાર ફેક્ટરીઓ અને બે ફેક્ટરીઓ સાથે કોષોમાં એસેમ્બલ થવું જોઈએ. વચ્ચે ત્રણ દિવસ અને વધુ ઉર્જાનો વપરાશ. તેનાથી વિપરીત, પેરોવસ્કાઇટ કોષોના ઉત્પાદન માટે, પેરોવસ્કાઇટ બેઝ પ્રવાહીને સબસ્ટ્રેટ પર લાગુ કરવું અને પછી સ્ફટિકીકરણની રાહ જોવી જરૂરી છે. આખી પ્રક્રિયામાં માત્ર કાચ, એડહેસિવ ફિલ્મ, પેરોવસ્કાઈટ અને રાસાયણિક સામગ્રીનો સમાવેશ થાય છે અને એક ફેક્ટરીમાં પૂર્ણ કરી શકાય છે, અને આખી પ્રક્રિયામાં માત્ર 45 મિનિટનો સમય લાગે છે.
"પેરોવસ્કાઈટમાંથી તૈયાર કરાયેલા સૌર કોષોમાં ઉત્તમ ફોટોઈલેક્ટ્રીક રૂપાંતરણ કાર્યક્ષમતા છે, જે આ તબક્કે 25.7% સુધી પહોંચી ગઈ છે અને ભવિષ્યમાં પરંપરાગત સિલિકોન-આધારિત સૌર કોષોને બદલીને વ્યાપારી મુખ્ય પ્રવાહ બની શકે છે." લુઓ જિંગશાને જણાવ્યું હતું.
ઔદ્યોગિકીકરણને પ્રોત્સાહન આપવા માટે ત્રણ મુખ્ય સમસ્યાઓનો ઉકેલ લાવવાની જરૂર છે

ચાલ્કોસાઇટના ઔદ્યોગિકીકરણને આગળ ધપાવવા માટે, લોકોને હજુ પણ 3 સમસ્યાઓ હલ કરવાની જરૂર છે, જેમ કે ચાલ્કોસાઇટની લાંબા ગાળાની સ્થિરતા, મોટા વિસ્તારની તૈયારી અને સીસાની ઝેરીતા.
પ્રથમ, પેરોવસ્કાઈટ પર્યાવરણ પ્રત્યે ખૂબ જ સંવેદનશીલ છે અને તાપમાન, ભેજ, પ્રકાશ અને સર્કિટ લોડ જેવા પરિબળો પેરોવસ્કાઈટના વિઘટન અને કોષની કાર્યક્ષમતામાં ઘટાડો તરફ દોરી શકે છે. હાલમાં મોટાભાગના લેબોરેટરી પેરોવસ્કાઈટ મોડ્યુલો ફોટોવોલ્ટેઈક ઉત્પાદનો માટે IEC 61215 આંતરરાષ્ટ્રીય ધોરણને પૂર્ણ કરતા નથી, ન તો તેઓ સિલિકોન સોલર સેલના 10-20 વર્ષના જીવનકાળ સુધી પહોંચી શકતા નથી, તેથી પેરોવસ્કાઈટની કિંમત પરંપરાગત ફોટોવોલ્ટેઈક ક્ષેત્રમાં હજુ પણ ફાયદાકારક નથી. વધુમાં, પેરોવસ્કાઈટ અને તેના ઉપકરણોની ડિગ્રેડેશન મિકેનિઝમ ખૂબ જ જટિલ છે, અને આ ક્ષેત્રમાં પ્રક્રિયાની કોઈ ખૂબ જ સ્પષ્ટ સમજ નથી, ન તો એકીકૃત માત્રાત્મક ધોરણ છે, જે સ્થિરતા સંશોધન માટે હાનિકારક છે.
અન્ય મુખ્ય મુદ્દો એ છે કે તેમને મોટા પાયે કેવી રીતે તૈયાર કરવું. હાલમાં, જ્યારે પ્રયોગશાળામાં ઉપકરણ ઑપ્ટિમાઇઝેશન અભ્યાસ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ઉપયોગમાં લેવાતા ઉપકરણોનો અસરકારક પ્રકાશ વિસ્તાર સામાન્ય રીતે 1 સેમી 2 કરતા ઓછો હોય છે, અને જ્યારે મોટા પાયે ઘટકોના વ્યવસાયિક ઉપયોગના તબક્કાની વાત આવે છે, ત્યારે પ્રયોગશાળાની તૈયારીની પદ્ધતિઓમાં સુધારો કરવાની જરૂર છે. અથવા બદલી. મોટા વિસ્તારની પેરોવસ્કાઈટ ફિલ્મોની તૈયારી માટે હાલમાં લાગુ મુખ્ય પદ્ધતિઓ ઉકેલ પદ્ધતિ અને વેક્યૂમ બાષ્પીભવન પદ્ધતિ છે. સોલ્યુશન પદ્ધતિમાં, પૂર્વવર્તી સોલ્યુશનની સાંદ્રતા અને ગુણોત્તર, દ્રાવકનો પ્રકાર અને સંગ્રહનો સમય પેરોવસ્કાઈટ ફિલ્મોની ગુણવત્તા પર મોટી અસર કરે છે. શૂન્યાવકાશ બાષ્પીભવન પદ્ધતિ પેરોવસ્કાઇટ ફિલ્મોની સારી ગુણવત્તા અને નિયંત્રણક્ષમ નિરાકરણ તૈયાર કરે છે, પરંતુ પૂર્વવર્તી અને સબસ્ટ્રેટ વચ્ચે સારો સંપર્ક પ્રાપ્ત કરવો ફરીથી મુશ્કેલ છે. વધુમાં, કારણ કે પેરોવસ્કાઇટ ઉપકરણના ચાર્જ ટ્રાન્સપોર્ટ લેયરને પણ મોટા વિસ્તારમાં તૈયાર કરવાની જરૂર છે, તેથી ઔદ્યોગિક ઉત્પાદનમાં દરેક સ્તરના સતત જમાવટ સાથે ઉત્પાદન રેખા સ્થાપિત કરવાની જરૂર છે. એકંદરે, પેરોવસ્કાઈટ પાતળી ફિલ્મોના મોટા વિસ્તારની તૈયારીની પ્રક્રિયાને હજુ પણ વધુ ઑપ્ટિમાઇઝેશનની જરૂર છે.
છેલ્લે, લીડની ઝેરીતા પણ ચિંતાનો વિષય છે. વર્તમાન ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા ધરાવતા પેરોવસ્કાઈટ ઉપકરણોની વૃદ્ધત્વ પ્રક્રિયા દરમિયાન, પેરોવસ્કાઈટ મુક્ત લીડ આયનો અને લીડ મોનોમર્સ ઉત્પન્ન કરવા માટે વિઘટન કરશે, જે માનવ શરીરમાં પ્રવેશ્યા પછી આરોગ્ય માટે જોખમી હશે.
લુઓ જિંગશાન માને છે કે ઉપકરણ પેકેજિંગ દ્વારા સ્થિરતા જેવી સમસ્યાઓ ઉકેલી શકાય છે. "જો ભવિષ્યમાં, આ બે સમસ્યાઓ હલ થઈ જાય, તો એક પરિપક્વ તૈયારી પ્રક્રિયા પણ છે, પેરોવસ્કાઈટ ઉપકરણોને અર્ધપારદર્શક કાચમાં પણ બનાવી શકે છે અથવા ઈમારતોની સપાટી પર ફોટોવોલ્ટેઈક બિલ્ડિંગ એકીકરણ હાંસલ કરવા માટે કરી શકે છે, અથવા એરોસ્પેસ માટે લવચીક ફોલ્ડેબલ ઉપકરણો બનાવી શકે છે અને અન્ય ક્ષેત્રો, જેથી પાણી અને ઓક્સિજન વાતાવરણ વિના અવકાશમાં પેરોવસ્કાઈટ મહત્તમ ભૂમિકા ભજવી શકે. લુઓ જિંગશાનને પેરોવસ્કાઈટના ભવિષ્ય વિશે વિશ્વાસ છે.