سولر سیل ایپلی کیشنز کے لیے پیرووسکائٹ کے فوائد اور نقصانات

فوٹو وولٹک صنعت میں، پیرووسکائٹ کی حالیہ برسوں میں بہت زیادہ مانگ رہی ہے۔ شمسی خلیوں کے میدان میں یہ "پسندیدہ" کے طور پر ابھرنے کی وجہ اس کے منفرد حالات ہیں۔ کیلشیم ٹائٹینیم ایسک میں بہت سے بہترین فوٹوولٹک خصوصیات، سادہ تیاری کا عمل، اور خام مال اور وافر مواد کی ایک وسیع رینج ہے۔ اس کے علاوہ، پیرووسکائٹ کو گراؤنڈ پاور پلانٹس، ہوا بازی، تعمیرات، پہننے کے قابل بجلی پیدا کرنے والے آلات اور بہت سے دوسرے شعبوں میں بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔
21 مارچ کو، Ningde Times نے "کیلشیم ٹائٹنائٹ سولر سیل اور اس کی تیاری کا طریقہ اور پاور ڈیوائس" کے پیٹنٹ کے لیے درخواست دی۔ حالیہ برسوں میں، گھریلو پالیسیوں اور اقدامات کے تعاون سے، کیلشیم-ٹائٹینیم ایسک کی صنعت، جس کی نمائندگی کیلشیم-ٹائٹینیم ایسک سولر سیلز کرتے ہیں، نے بہت ترقی کی ہے۔ تو پیرووسکائٹ کیا ہے؟ پیرووسکائٹ کی صنعت کاری کیسی ہے؟ اب بھی کن چیلنجوں کا سامنا ہے؟ سائنس اینڈ ٹیکنالوجی ڈیلی کے رپورٹر نے متعلقہ ماہرین سے انٹرویو کیا۔

پیرووسکائٹ نہ تو کیلشیم ہے اور نہ ہی ٹائٹینیم۔

نام نہاد پیرووسکائٹس نہ تو کیلشیم ہیں اور نہ ہی ٹائٹینیم، بلکہ ایک ہی کرسٹل ڈھانچے کے ساتھ، سالماتی فارمولہ ABX3 کے ساتھ "سیرامک ​​آکسائیڈز" کی کلاس کے لیے ایک عام اصطلاح ہے۔ A کا مطلب ہے "بڑے رداس کیٹیشن"، B کا "میٹل کیشن" اور X کا مطلب ہے "ہالوجن اینون"۔ A کا مطلب ہے "Large radius cation"، B کا مطلب ہے "metal cation" اور X کا مطلب ہے "halogen anion"۔ یہ تینوں آئن مختلف عناصر کی ترتیب کے ذریعے یا ان کے درمیان فاصلے کو ایڈجسٹ کرکے بہت ساری حیرت انگیز جسمانی خصوصیات کو ظاہر کرسکتے ہیں، بشمول موصلیت، فیرو الیکٹرکٹی، اینٹی فیرو میگنیٹزم، دیوہیکل مقناطیسی اثر وغیرہ۔
"مواد کی بنیادی ساخت کے مطابق، پیرووسکائٹس کو تقریباً تین قسموں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: پیچیدہ دھاتی آکسائیڈ پیرووسکائٹس، نامیاتی ہائبرڈ پیرووسکائٹس، اور غیر نامیاتی ہیلوجنیٹڈ پیرووسکائٹس۔" نانکائی یونیورسٹی کے سکول آف الیکٹرانک انفارمیشن اینڈ آپٹیکل انجینئرنگ کے پروفیسر لوو جِنگشن نے متعارف کرایا کہ اب فوٹو وولٹک میں استعمال ہونے والے کیلشیم ٹائٹنائٹس عام طور پر بعد کے دو ہیں۔
perovskite بہت سے شعبوں میں استعمال کیا جا سکتا ہے جیسے کہ زمینی پاور پلانٹس، ایرو اسپیس، تعمیرات، اور پہننے کے قابل بجلی پیدا کرنے والے آلات۔ ان میں، فوٹو وولٹک فیلڈ پیرووسکائٹ کا بنیادی اطلاق علاقہ ہے۔ کیلشیم ٹائٹنائٹ کے ڈھانچے انتہائی قابل ڈیزائن ہیں اور ان میں فوٹو وولٹک کارکردگی بہت اچھی ہے، جو حالیہ برسوں میں فوٹو وولٹک فیلڈ میں ایک مقبول تحقیقی سمت ہے۔
پیرووسکائٹ کی صنعت کاری تیز ہو رہی ہے، اور گھریلو کاروباری ادارے اس ترتیب کے لیے مقابلہ کر رہے ہیں۔ یہ اطلاع دی جاتی ہے کہ کیلشیم ٹائٹینیم ایسک ماڈیول کے پہلے 5,000 ٹکڑے Hangzhou Fina Photoelectric Technology Co., Ltd سے بھیجے گئے۔ Renshuo Photovoltaic (Suzhou) Co., Ltd. دنیا کی سب سے بڑی 150 میگاواٹ مکمل کیلشیم ٹائٹینیم ایسک لیمینیٹڈ پائلٹ لائن کی تعمیر کو بھی تیز کر رہی ہے۔ کنشن جی سی ایل فوٹو الیکٹرک میٹریلز کمپنی لمیٹڈ 150 میگاواٹ کیلشیم ٹائٹینیم ایسک فوٹو وولٹک ماڈیول پروڈکشن لائن مکمل ہو چکی ہے اور دسمبر 2022 میں اسے کام میں لایا گیا ہے، اور پیداوار تک پہنچنے کے بعد سالانہ پیداوار کی قیمت 300 ملین یوآن تک پہنچ سکتی ہے۔

فوٹو وولٹک صنعت میں کیلشیم ٹائٹینیم ایسک کے واضح فوائد ہیں۔

فوٹو وولٹک صنعت میں، پیرووسکائٹ کی حالیہ برسوں میں بہت زیادہ مانگ رہی ہے۔ شمسی خلیوں کے میدان میں یہ "پسندیدہ" کے طور پر ابھرنے کی وجہ اس کے اپنے منفرد حالات ہیں۔
"سب سے پہلے، پیرووسکائٹ میں متعدد بہترین آپٹو الیکٹرانک خصوصیات ہیں، جیسے کہ ایڈجسٹ بینڈ گیپ، ہائی جذب گتانک، کم ایکزائٹن بائنڈنگ انرجی، ہائی کیریئر موبلٹی، ہائی ڈیفیکٹ ٹولرنس وغیرہ۔ دوم، پیرووسکائٹ کی تیاری کا عمل آسان ہے اور یہ پارباسی، انتہائی ہلکا پن، انتہائی پتلا پن، لچک وغیرہ حاصل کر سکتا ہے۔ Luo Jingshan متعارف کرایا. اور perovskite کی تیاری بھی خام مال کی نسبتا کم طہارت کی ضرورت ہے.
فی الحال، پی وی فیلڈ سلکان پر مبنی شمسی خلیات کی ایک بڑی تعداد کا استعمال کرتا ہے، جو monocrystalline سلکان، پولی کرسٹل لائن سلکان، اور امورفوس سلکان شمسی خلیوں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے. کرسٹل لائن سلیکون سیلز کا نظریاتی فوٹو الیکٹرک کنورژن پول 29.4٪ ہے، اور موجودہ لیبارٹری کا ماحول زیادہ سے زیادہ 26.7٪ تک پہنچ سکتا ہے، جو تبادلوں کی حد کے بہت قریب ہے۔ یہ قابل قیاس ہے کہ تکنیکی بہتری کا معمولی فائدہ بھی چھوٹا اور چھوٹا ہوتا جائے گا۔ اس کے برعکس، پیرووسکائٹ سیلز کی فوٹو وولٹک تبادلوں کی کارکردگی میں 33% کی نظریاتی قطبی قدر زیادہ ہوتی ہے، اور اگر دو پیرووسکائٹ سیلز کو اوپر اور نیچے ایک ساتھ کھڑا کیا جاتا ہے، تو نظریاتی تبادلوں کی کارکردگی 45% تک پہنچ سکتی ہے۔
"کارکردگی" کے علاوہ، ایک اور اہم عنصر "لاگت" ہے۔ مثال کے طور پر، پتلی فلم بیٹریوں کی پہلی نسل کی قیمت کم نہ ہونے کی وجہ یہ ہے کہ کیڈمیم اور گیلیم کے ذخائر، جو کہ زمین پر نایاب عناصر ہیں، بہت کم ہیں، اور اس کے نتیجے میں، صنعت جتنی زیادہ ترقی کرتی ہے۔ ہے، مانگ جتنی زیادہ ہوگی، پیداواری لاگت اتنی ہی زیادہ ہوگی، اور یہ کبھی بھی مین اسٹریم پروڈکٹ نہیں بن سکی ہے۔ perovskite کا خام مال زمین پر بڑی مقدار میں تقسیم کیا جاتا ہے، اور قیمت بھی بہت سستی ہے.
اس کے علاوہ، کیلشیم-ٹائٹینیم ایسک بیٹریوں کے لیے کیلشیم-ٹائٹینیم ایسک کوٹنگ کی موٹائی صرف چند سو نینو میٹر ہے، جو کہ سلیکون ویفرز کا تقریباً 1/500 واں ہے، جس کا مطلب ہے کہ مواد کی مانگ بہت کم ہے۔ مثال کے طور پر، کرسٹل لائن سلکان سیلز کے لیے سلکان مواد کی موجودہ عالمی مانگ تقریباً 500,000 ٹن سالانہ ہے، اور اگر ان سب کو پیرووسکائٹ سیلز سے بدل دیا جائے تو صرف 1,000 ٹن پیرووسکائٹ کی ضرورت ہوگی۔
مینوفیکچرنگ لاگت کے لحاظ سے، کرسٹل لائن سلکان سیلز کو 99.9999% تک سلکان پیوریفیکیشن کی ضرورت ہوتی ہے، اس لیے سلکان کو 1400 ڈگری سیلسیس پر گرم کرکے مائع میں پگھلا کر گول سلاخوں اور ٹکڑوں میں کھینچا جانا چاہیے، اور پھر کم از کم چار کارخانوں اور دو کارخانوں کے ساتھ خلیات میں جمع ہونا چاہیے۔ درمیان میں تین دن تک، اور زیادہ توانائی کی کھپت۔ اس کے برعکس، پیرووسکائٹ خلیات کی پیداوار کے لیے، صرف پیرووسکائٹ بیس مائع کو سبسٹریٹ پر لاگو کرنا اور پھر کرسٹلائزیشن کا انتظار کرنا ضروری ہے۔ اس پورے عمل میں صرف شیشہ، چپکنے والی فلم، پیرووسکائٹ اور کیمیائی مواد شامل ہیں، اور اسے ایک فیکٹری میں مکمل کیا جا سکتا ہے، اور اس پورے عمل میں صرف 45 منٹ لگتے ہیں۔
"پیرووسکائٹ سے تیار کردہ شمسی خلیات بہترین فوٹو الیکٹرک تبادلوں کی کارکردگی کے حامل ہیں، جو اس مرحلے پر 25.7 فیصد تک پہنچ چکے ہیں، اور مستقبل میں تجارتی مرکزی دھارے میں شامل ہونے کے لیے روایتی سلکان پر مبنی شمسی خلیوں کی جگہ لے سکتے ہیں۔" Luo Jingshan نے کہا.
صنعت کاری کو فروغ دینے کے لیے تین بڑے مسائل ہیں جنہیں حل کرنے کی ضرورت ہے۔

چالکوسائٹ کی صنعت کاری کو آگے بڑھانے میں، لوگوں کو اب بھی 3 مسائل کو حل کرنے کی ضرورت ہے، یعنی چلکوسائٹ کا طویل مدتی استحکام، بڑے علاقے کی تیاری اور سیسہ کی زہریلا پن۔
سب سے پہلے، پیرووسکائٹ ماحول کے لیے بہت حساس ہے، اور درجہ حرارت، نمی، روشنی، اور سرکٹ بوجھ جیسے عوامل پیرووسکائٹ کے گلنے اور سیل کی کارکردگی میں کمی کا باعث بن سکتے ہیں۔ فی الحال زیادہ تر لیبارٹری پیرووسکائٹ ماڈیولز فوٹو وولٹک مصنوعات کے لیے IEC 61215 بین الاقوامی معیار پر پورا نہیں اترتے، اور نہ ہی وہ سلیکون سولر سیلز کی 10-20 سال کی زندگی تک پہنچتے ہیں، اس لیے پیرووسکائٹ کی قیمت روایتی فوٹوولٹک فیلڈ میں اب بھی فائدہ مند نہیں ہے۔ اس کے علاوہ، پیرووسکائٹ اور اس کے آلات کا انحطاط کا طریقہ کار بہت پیچیدہ ہے، اور فیلڈ میں اس عمل کی کوئی واضح سمجھ نہیں ہے، اور نہ ہی کوئی متفقہ مقداری معیار ہے، جو استحکام کی تحقیق کے لیے نقصان دہ ہے۔
ایک اور بڑا مسئلہ یہ ہے کہ انہیں بڑے پیمانے پر کیسے تیار کیا جائے۔ فی الحال، جب لیبارٹری میں ڈیوائس کی اصلاح کے مطالعے کیے جاتے ہیں، تو استعمال کیے جانے والے آلات کا موثر روشنی کا رقبہ عام طور پر 1 cm2 سے کم ہوتا ہے، اور جب بات بڑے پیمانے پر اجزاء کے تجارتی استعمال کے مرحلے کی ہو، تو لیبارٹری کی تیاری کے طریقوں کو بہتر بنانے کی ضرورت ہوتی ہے۔ یا تبدیل. بڑے رقبے کی پیرووسکائٹ فلموں کی تیاری کے لیے فی الحال جو اہم طریقے لاگو ہوتے ہیں وہ ہیں حل کا طریقہ اور ویکیوم بخارات کا طریقہ۔ حل کے طریقہ کار میں، پیشگی محلول کا ارتکاز اور تناسب، سالوینٹس کی قسم، اور ذخیرہ کرنے کا وقت پیرووسکائٹ فلموں کے معیار پر بہت زیادہ اثر ڈالتا ہے۔ ویکیوم بخارات کا طریقہ پیرووسکائٹ فلموں کے اچھے معیار اور قابل کنٹرول جمع کو تیار کرتا ہے، لیکن پیشگی اور ذیلی جگہوں کے درمیان اچھا رابطہ حاصل کرنا دوبارہ مشکل ہے۔ اس کے علاوہ، چونکہ پیرووسکائٹ ڈیوائس کی چارج ٹرانسپورٹ پرت کو بھی بڑے علاقے میں تیار کرنے کی ضرورت ہے، اس لیے صنعتی پیداوار میں ہر پرت کے مسلسل جمع ہونے کے ساتھ ایک پروڈکشن لائن قائم کرنے کی ضرورت ہے۔ مجموعی طور پر، پیرووسکائٹ پتلی فلموں کی بڑے رقبے کی تیاری کے عمل کو اب بھی مزید اصلاح کی ضرورت ہے۔
آخر میں، سیسہ کا زہریلا ہونا بھی تشویش کا باعث ہے۔ موجودہ اعلی کارکردگی والے پیرووسکائٹ آلات کی عمر بڑھنے کے عمل کے دوران، پیرووسکائٹ آزاد لیڈ آئن اور لیڈ مونومر پیدا کرنے کے لیے گل جائے گی، جو انسانی جسم میں داخل ہونے کے بعد صحت کے لیے مضر ثابت ہوں گے۔
Luo Jingshan کا خیال ہے کہ استحکام جیسے مسائل کو ڈیوائس پیکیجنگ کے ذریعے حل کیا جا سکتا ہے۔ "اگر مستقبل میں، یہ دونوں مسائل حل ہو جائیں تو، تیاری کا ایک پختہ عمل بھی ہے، پیرووسکائٹ ڈیوائسز کو پارباسی شیشے میں بھی بنا سکتا ہے یا عمارتوں کی سطح پر فوٹوولٹک بلڈنگ انضمام کو حاصل کرنے کے لیے کر سکتا ہے، یا ایرو اسپیس کے لیے لچکدار فولڈ ایبل ڈیوائسز بنا سکتا ہے۔ دیگر شعبوں، تاکہ پانی اور آکسیجن ماحول کے بغیر خلا میں پیرووسکائٹ زیادہ سے زیادہ کردار ادا کر سکیں۔ Luo Jingshan پیرووسکائٹ کے مستقبل کے بارے میں پراعتماد ہیں۔