Perovskit solceller: Potentialet for transparente solceller til moderne bygninger og PV-projekter – Billede: Xpert.Digital
Transparent energiomstilling: Elproduktion gennem innovativ vinduesteknologi
Perovskit-solceller: Fremtidens producenter af smarte vinduer
Udviklingen af transparente, højeffektive solceller åbner nye perspektiver for integration af solceller i bygninger. Især perovskit-solceller er i de senere år dukket op som en lovende kandidat til denne anvendelse. Med effektivitetsgrader på op til 31,6 procent, muligheden for transparente designs og omkostningseffektiv fremstilling kan de revolutionere brugen af solenergi. Aktuel forskning viser, at den tidligere problematiske stabilitet af disse celler er blevet forbedret betydeligt. Anvendelser som smarte vinduer, der ikke kun genererer elektricitet, men også kan justere deres transparens til omgivelsesforholdene, er særligt lovende.
Relateret til dette:
Grundlæggende om perovskit solcelleteknologi
Perovskit-solceller repræsenterer en relativt ny udvikling inden for solceller, hvor intensiv forskning først begyndte i 2009. De skylder deres navn mineralet perovskit, hvis karakteristiske krystalstruktur de udviser. Disse solceller er baseret på såkaldte halogenidperovskitter, et hybridmateriale sammensat af positivt ladede organiske komponenter såsom methylammoniumkationer og uorganiske metalsalte såsom blyiodid. Deres unikke materialesammensætning og struktur adskiller sig fundamentalt fra traditionelle siliciumsolceller, hvilket gør dem til en lovende kandidat til fremtidens solenergi.
Funktionaliteten af perovskit-solceller afhænger af deres fremragende evne til at omdanne sollys til elektrisk energi. Forskere ved Jülich Research Centre har gennem nye fotoluminescensmålinger opdaget, at frie ladningsbærere i perovskit-solceller sandsynligvis er exceptionelt godt beskyttet mod henfald, hvilket kan være en nøgleårsag til deres høje effektivitet. Levetiden af exciterede ladningsbærere i materialet er en afgørende faktor for effektiviteten af disse solceller, da den bestemmer, hvor længe de elektroner, der frigives af lys, forbliver tilgængelige og kan bidrage til strømproduktion.
I de senere år har den teknologiske udvikling af disse solceller gjort imponerende fremskridt. Mens de første perovskit-solceller havde en beskeden effektivitet på kun 4 procent, opnår de nyeste modeller regelmæssigt effektiviteter på mere end 20 procent. Fraunhofer Instituttet opnåede endda en rekordværdi på 31,6 procent, mens det tyske firma Qcells nåede en effektivitet på 28,6 procent.
Fordele ved transparente perovskit-solceller
Den mest bemærkelsesværdige egenskab ved perovskit-solceller sammenlignet med konventionelle siliciummoduler er deres potentiale for transparens kombineret med høj effektivitet. Denne egenskab åbner op for helt nye anvendelsesmuligheder, især inden for bygningsintegreret solcelleanlæg. Transparente eller semitransparente solceller kan integreres i vinduesoverflader, hvilket gør det muligt for bygninger ikke kun at lukke lys ind, men også at generere elektricitet samtidigt.
Graden af gennemsigtighed kan justeres under fremstillingsprocessen afhængigt af behovet, selvom det skal bemærkes, at energiomdannelseseffektiviteten falder med stigende gennemsigtighed. Den højeste målte omdannelseseffektivitet for transparente versioner er i øjeblikket bemærkelsesværdige 17,9 procent. Forskningsprojektet IMPRESSIVE viste, at en kombination af teknologier kan omdanne solenergi med en effektivitet på 14 procent ved en gennemsnitlig lysgennemstrømning på mere end 55 procent. Semi-transparente UV-perovskitceller opnår endda en effektivitet på mere end 10 procent ved en lysgennemstrømning på cirka 60 procent.
Udover deres gennemsigtighed tilbyder perovskit-solceller andre bemærkelsesværdige fordele. De er relativt billige og nemme at fremstille, svarende til tyndfilms-solcellemoduler. Produktionen er betydeligt mindre energikrævende sammenlignet med silicium, da perovskitter kan produceres ved hjælp af simple, skalerbare processer såsom rulle-til-rulle-trykning. Desuden er de nødvendige råmaterialer generelt let tilgængelige, hvilket holder materialeomkostningerne lave.
En anden afgørende fordel er perovskit-solcellernes lethed og fleksibilitet. De kan påføres som ultratynde lag på forskellige substrater, hvilket udvider deres anvendelsesmuligheder betydeligt. Denne egenskab muliggør innovative anvendelser i bærbare enheder, køretøjer eller bygningsintegrerede solcelleløsninger såsom solvinduer eller facademoduler.
Innovative anvendelser inden for bygningsintegration
Muligheden for at gøre perovskit-solceller transparente gør dem særligt attraktive til bygningsintegreret solcelleanlæg (BIPV), hvor solceller erstatter traditionelle byggematerialer som vinduer. Indlejring af perovskitten mellem glasruder gør det muligt for solcellerne at fungere som selve facaden og væggen på en bygning, samtidig med at de genererer elektricitet til brug på stedet eller til elnettet.
Panasonic Holdings præsenterede et konkret eksempel på denne innovative anvendelse, hvor de fremviste semitransparente glasbalustrader med perovskit-solceller på balkonen i et modelhus syd for Tokyo. Disse prototyper demonstrerer potentialet for at integrere perovskit-teknologi i hverdagens bygningselementer. Fysikere i Leipzig har også udviklet en transparent solcelle, der kan dampaflejres direkte på en vinduesrude og potentielt omdanne hele facader til kraftværker.
Udviklingen inden for termokrome eller "smarte" vinduer er særligt lovende. Forskere ved University of California, Berkeley, har udviklet en funktionel udvidelse til et solcellevindue, der ændrer farve og gennemsigtighed med temperaturændringer og kan generere elektricitet, når det mørklægges. Det reversible skift til et farvet solvindue er baseret på en faseændring af ultratynde perovskitlag.
I deres transparente tilstand eksisterer perovskitkrystaller i en kubisk struktur og er stort set transparente, mens de ved en temperatur på cirka 105 grader Celsius overgår til en mindre transparent, men fotovoltaisk aktiv krystalstruktur. Dette blokerer omkring to tredjedele af det synlige lys og opnår en effektivitet på syv procent. Når den afkøles til stuetemperatur og udsættes for en vis fugtighed, kan denne faseændring vendes, og vinduet bliver transparent igen.
Relateret til dette:
Termokrome egenskaber til klimaoptimerede bygninger
De termokrome egenskaber ved perovskitbaserede vinduer kan yde et væsentligt bidrag til bygningers energieffektivitet. Ligesom fotokrome solbriller kan disse vinduer skifte farve som reaktion på temperaturændringer, hvor temperaturen – i modsætning til lysintensiteten i solbriller – er den afgørende faktor. Når temperaturen stiger, bliver den transparente rude gradvist gul, orange, rød eller brun. Jo varmere den bliver, jo mørkere bliver glasset, hvilket køler rummet automatisk ned og uden behov for aircondition.
Denne mekanisme kan bidrage betydeligt til at reducere energiforbruget til opvarmning og køling. I betragtning af at opvarmning og varmt vand tegner sig for 25 procent af CO2-udledningen i Østrig, og at en undersøgelse fra University of Birmingham forudsiger, at antallet af køleenheder på verdensplan vil firedobles til 14 milliarder i 2050, kan sådanne smarte vinduesløsninger yde et betydeligt bidrag til klimabeskyttelse.
Udfordringer og løsninger
Trods deres lovende egenskaber står perovskit-solceller over for adskillige udfordringer, der indtil videre har begrænset deres udbredte kommercielle anvendelse. Et stort problem er deres stabilitet under virkelige miljøforhold. Perovskitkrystaller har en tendens til at vokse uordnede og defekte, hvilket kan føre til stabilitetsproblemer. De opnår endnu ikke den levetid, som siliciumsolceller har, og er følsomme over for fugtighed, lys og varme. En betydelig ulempe er deres lavere vejrbestandighed, da materialet kan nedbrydes under ekstreme vejrforhold.
Forskningen har dog allerede gjort betydelige fremskridt med at overvinde disse udfordringer. Panasonic har for eksempel haft succes med at producere en kemisk mere stabil variant af materialet og beskytte det mod elementerne ved hjælp af termoruder. Den belgiske forskningsinstitution Imec, en partner i EnergyVille-forskningskonsortiet, har opnået et gennembrud inden for forskning i perovskit-solcellemoduler . I et toårigt udendørsstudie på Cypern blev den langsigtede stabilitet af mini-perovskit-moduler demonstreret, som opnåede en imponerende energieffektivitet på 78 procent efter et år udendørs – en værdi, som nuværende perovskit-solcellemoduler ofte kun kan opretholde i et par uger.
Der er også gjort fremskridt inden for genbrug. Forskere fra Sverige har udviklet en metode til fuldstændig og miljøvenlig genbrug af perovskit-solceller. I stedet for at bruge det giftige dimethylformamid til at skille cellerne ad, som det tidligere blev gjort, bruger teamet vand som opløsningsmiddel til at nedbryde de nedbrudte perovskitter. Alle komponenter kan derefter genbruges i en ny perovskit-solcelle uden at det påvirker ydeevnen – den genbrugte solcelle har samme effektivitet som originalen.
Der er fortsat specifikke udfordringer for termokrome solvinduer. Den relativt høje faseskifttemperatur på lidt over 100 grader Celsius skal reduceres yderligere for praktiske anvendelser. Desuden kan den fugtighed, der kræves til reversibel omskiftning, forringe perovskitlagenes langsigtede stabilitet. Da perovskitmaterialernes sammensætning kan varieres betydeligt, kan yderligere undersøgelser imidlertid identificere materialeblandinger uden disse ulemper og dermed yderligere øge effektiviteten.
Markedspotentiale og fremtidsudsigter
Kombinationen af fleksibilitet, omkostningsfordele og enestående effektivitet gør perovskit-solceller til en lovende teknologi til energiomstillingen. Markedsforskere hos IDTechEx forudsiger, at markedet for perovskit-solceller vil nå et årligt salg på næsten 12 milliarder amerikanske dollars i 2035. Denne teknologi kan erstatte siliciumbaserede moduler som den dominerende solcelleteknologi i fremtiden.
Kombinationen af perovskit og silicium i tandemceller virker særligt lovende og kan potentielt opnå effektivitet på op til 43 procent – en betydelig forbedring i forhold til rene siliciummoduler. Perovskitmaterialer kan skræddersys til effektivt at udnytte forskellige bølgelængder af sollys: Mens perovskit absorberer kortbølget lys (blåt) bedre, udmærker silicium sig i det langbølgede lysområde (rødt lys).
Transparente perovskit-solceller åbner helt nye perspektiver for bygningsintegreret solcelleanlæg. For at kunne erstatte passive vinduer med elgenererende vinduer så hurtigt som muligt arbejder forskere på at optimere disse teknologiers ydeevne og fremskynde markedsmodningen af transparente PV-celler. Hvis de resterende udfordringer med hensyn til stabilitet og holdbarhed kan overvindes, kan perovskitbaserede solvinduer yde et væsentligt bidrag til decentraliseret energiproduktion i byområder i den nærmeste fremtid.
Byernes energiomstilling: Energiproducerende vinduer med perovskitteknologi
Perovskit-solceller, især deres transparente versioner til vinduesapplikationer, repræsenterer en lovende teknologi for fremtidens solceller. Med deres kombination af høj effektivitet, transparens, lave produktionsomkostninger og fleksibilitet tilbyder de betydelige fordele i forhold til konventionelle siliciumsolceller. Evnen til at omdanne bygningsfacader og vinduer til strømgeneratorer uden at gå på kompromis med deres primære funktion kan yde et afgørende bidrag til energiomstillingen i byområder.
Nylige fremskridt inden for forbedring af stabiliteten og levetiden af disse celler under virkelige miljøforhold er opmuntrende og baner vejen for bredere kommerciel anvendelse. De termokrome egenskaber ved nogle perovskitbaserede vinduer virker særligt innovative, da de ikke kun kan generere elektricitet, men også bidrage til bygningers energieffektivitet ved at justere deres gennemsigtighed.
Selvom der stadig er nogle udfordringer, tyder den hurtige udvikling af perovskitteknologi i de senere år på, at transparente, højeffektive solceller snart kan spille en betydelig rolle i arkitektur og energiforsyning. Denne innovative teknologi kan fundamentalt forandre fremtidens byggeri og skabe bygninger, hvis vinduer og facader ikke kun er æstetisk tiltalende, men også aktivt bidrager til energiproduktion.
Relateret til dette:
Din globale marketing- og forretningsudviklingspartner
☑️ Vores forretningssprog er engelsk eller tysk
☑️ NYT: Korrespondance på dit modersmål!
Konrad Wolfenstein
Jeg og mit team er glade for at stå til rådighed for dig som din personlige rådgiver.
Du kan kontakte mig ved at udfylde kontaktformularen her wolfenstein@xpert.digital:eller blot ringe til mig på +49 7348 4088 965. Min e-mailadresse er
Jeg glæder mig til vores fælles projekt.
