Publié le: 8 mars 2025 / mise à jour de: 8 mars 2025 - Auteur: Konrad Wolfenstein
Perowskit Solar Cells: Le potentiel du photovoltaïque transparent pour les bâtiments modernes et les projets PV-IMAGE: Xpert.Digital
Transition énergétique transparente: production d'électricité grâce à une technologie de fenêtre innovante
Perowskit Solar Cells: Les futurs fabricants pour les fenêtres intelligentes
Le développement de cellules solaires transparentes avec une grande efficacité ouvre de nouvelles perspectives pour l'intégration de la photovoltaïque dans les bâtiments. Les cellules solaires Perowskit en particulier sont devenues un candidat prometteur pour cette application ces dernières années. Avec une efficacité allant jusqu'à 31,6%, la possibilité de versions transparentes et de production bon marché pourrait révolutionner la consommation d'énergie solaire. Les résultats de la recherche actuels montrent que la stabilité précédemment problématique de ces cellules pourrait être considérablement améliorée. Les applications en tant que vitres intelligentes qui non seulement produisent de l'électricité, mais peuvent également adapter leur transparence aux conditions ambiantes sont en avant.
Convient à:
Fondamentaux de la technologie solaire Perowskit
Les cellules solaires de Perovskit représentent un développement relativement nouveau dans le photovoltaïque, qui n'a été recherché de manière intensive depuis 2009. Ils doivent leurs noms au Perowskit minéral, dont ils ont caractéristique. Ces cellules solaires sont basées sur des persovskites dits halides ou halogénides, un matériau hybride en composants positifs organiques tels que les cations de méthylammonium et les sels métalliques inorganiques tels que l'iodure de plomb. La composition et la structure spéciales du matériau diffère fondamentalement des cellules solaires de silicium traditionnelles et en fait un candidat prometteur pour l'avenir de l'énergie solaire.
La fonctionnalité des cellules solaires Perovskit est basée sur son excellente capacité à convertir la lumière du soleil en énergie électrique. Des scientifiques du Jülich Research Center ont découvert que les porteurs de charge gratuits dans les cellules solaires de Perovskit sont vraisemblablement protégés de la désintégration par de nouvelles mesures de photoluminescence, ce qui pourrait être une raison essentielle de leur grande efficacité. La durée de vie des porteurs de charge excités dans le matériau est un facteur décisif pour l'efficacité de ces cellules solaires, car ils déterminent combien de temps les électrons libérés par la lumière peuvent être préservés et peuvent contribuer à la production d'électricité.
Ces dernières années, le développement technologique de ces cellules solaires a fait des progrès impressionnants. Alors que les premières cellules solaires Perowskit avaient toujours une efficacité modeste de seulement 4%, les derniers modèles atteignent régulièrement une efficacité de plus de 20%. L'Institut Fraunhofer a même réalisé un record de 31,6%, tandis que la société allemande QCells a atteint une efficacité de 28,6%.
Avantages des cellules solaires Perovsky transparentes
La propriété la plus remarquable des cellules solaires Perovskit par rapport aux modules de silicium conventionnels est leur transparence potentielle à grande efficacité. Cette propriété ouvre des applications complètement nouvelles, en particulier dans le domaine du photovoltaïque intégré à la construction. Les cellules solaires transparentes ou semi-transparentes peuvent être intégrées dans des zones de fenêtre, qui non seulement quittent les bâtiments, mais peuvent également produire de l'électricité.
Le degré de transparence peut être ajusté pendant le processus de fabrication en fonction de la demande, selon laquelle il convient de noter que l'efficacité de conversion d'énergie diminue avec l'augmentation de la transparence. L'efficacité de conversion mesurée la plus élevée dans les versions transparentes est actuellement de 17,9%. Dans le cadre du projet de recherche impressionnant , il a été démontré qu'une combinaison de technologies peut convertir l'énergie solaire avec une efficacité de 14% avec un degré moyen de transaction légère de plus de 55%. Les UV-PEROWSKITZELLEN à moitié transparent atteignent même une efficacité de plus de 10% avec un degré de transaction léger d'environ 60%.
En plus de leur transparence, les cellules solaires de Perovskit sont caractérisées par des avantages supplémentaires. Ils sont relativement peu coûteux et faciles à fabriquer, similaires aux modules solaires minces. La fabrication est beaucoup moins à forte intensité d'énergie par rapport au silicium, car Perowsian peut être produit en utilisant des méthodes simples et évolutives telles que les techniques d'impression en rouleau. De plus, les matières premières requises sont généralement abondantes, ce qui maintient les coûts de matériaux bas.
Un autre avantage décisif est la légèreté et la flexibilité des cellules solaires Perovsky. Ils peuvent être appliqués à différents substrats en tant que couche à la bouche, qui étend considérablement leurs utilisations. Cette propriété permet des applications innovantes dans des appareils portables, des véhicules ou des solutions photovoltaïques intégrées telles que les fenêtres solaires ou les modules de façade.
Applications innovantes dans l'intégration du bâtiment
La possibilité de rendre les cellules solaires de Perovskit transparentes le rend particulièrement attrayant pour le photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV), dans lequel les cellules solaires remplacent les matériaux de construction classiques tels que les fenêtres. L'intégration du Perovskit entre les vitres permet aux cellules solaires de servir de façade et de paroi réelle d'un bâtiment, tout en générant de l'électricité pour une utilisation sur le site ou en se nourrissant du réseau.
Un exemple concret de cette application innovante a présenté des exploitations Panasonic, qui présentaient des balustrades en verre semi-transparentes avec des cellules solaires Perovsky sur le balcon d'une maison modèle au sud de Tokyo. Ces prototypes démontrent le potentiel d'intégrer la technologie Perovskit dans les éléments de construction quotidiens. Les physiciens de Leipzig ont également développé une cellule solaire transparente qui peut être évaporée directement dans une vitre et pourrait ainsi transformer des façades entières en centrales électriques.
Les développements dans le domaine des fenêtres thermochromes ou «intelligents» sont particulièrement en avant. Les scientifiques de l'Université de Californie à Berkeley ont développé une extension fonctionnelle dans une fenêtre active photovoltaïque, qui modifie sa couleur et sa transparence lorsque la température change et peut générer de l'électricité à l'état sombre. Le changement réversible dans une fenêtre solaire colorée est basé sur un changement de phase des couches Perovskit minces.
Dans l'état transparent, les cristaux de Perovskit sont disponibles dans une structure cubique et sont largement transparents, tandis qu'à une température d'environ 105 degrés Celsius, ils passent dans une structure cristalline moins transparente mais photovoltaïque. Cela bloque environ les deux tiers de la lumière visible et atteint une efficacité de sept pour cent. Refroidi à température ambiante et exposée à une certaine humidité, ce changement de phase peut être inversé et la fenêtre sera à nouveau transparente.
Convient à:
Propriétés thermochromes pour les bâtiments optimisés au climat
Les propriétés thermochromes des fenêtres à base de Perovskit pourraient apporter une contribution significative à l'efficacité énergétique des bâtiments. Semblable aux lunettes de soleil auto-déterminées, ces fenêtres peuvent changer leur couleur lorsque la température change, la température - contrairement à l'intensité lumineuse en cas de lunettes de soleil - est le facteur décisif. À mesure que la température augmente, la couleur du disque transparente devient progressivement jaune, orange, rouge ou marron. De plus en plus chaud, plus le verre devient sombre, ce qui signifie que la pièce peut être refroidie automatiquement et sans utiliser la climatisation.
Ce mécanisme peut contribuer de manière significative pour réduire les besoins énergétiques pour le chauffage et le refroidissement. Compte tenu du fait que le chauffage et l'eau chaude en Autriche sont responsables de 25% des émissions de CO2 et, selon une étude de l'Université de Birmingham, le nombre de dispositifs de refroidissement dans le monde devrait quadrupler à 14 milliards de fois d'ici 2050, de telles solutions de fenêtres intelligentes pourraient apporter une contribution importante à la protection climatique.
Défis et solutions
Malgré les propriétés prometteuses, les cellules solaires de Perovskit sont confrontées à certains défis qui ont jusqu'à présent limité leur large application commerciale. Un problème principal est sa stabilité dans des conditions environnementales réelles. Les cristaux de Perowskit ont tendance à devenir désorganisés et défectueux, ce qui peut entraîner des problèmes de stabilité. Vous n'atteignez pas encore la longévité des cellules solaires de silicium et êtes sensible à l'humidité, à la lumière et à la chaleur. Il y a un désavantage important dans la résistance aux intempéries, car le matériau peut se décomposer dans des conditions météorologiques extrêmes.
Cependant, la recherche a déjà fait des progrès significatifs pour surmonter ces défis. Par exemple, Panasonic a réussi à produire une variante plus chimiquement stable du matériau et à la protéger des conditions météorologiques en utilisant un double verre. percée dans la recherche sur les modules solaires Perowskit en coopération avec l'Université de Chypre . Dans une étude de deux ans à l'extérieur à Chypre, la stabilité à long terme des mini-perrovskit a été détectée, qui après un an à l'extérieur a atteint une efficacité énergétique impressionnante de 78% - une valeur que les modules solaires Perovsky actuels ne peuvent souvent maintenir que pendant quelques semaines.
Des progrès ont également été réalisés dans le domaine du recyclage. Des chercheurs de Suède ont développé une méthode à des cellules solaires Perovsky entièrement et respectueuses. Au lieu d'utiliser le diméthyl formamide toxique lors du démontage des cellules, l'équipe utilise l'eau comme solvant pour réduire la pérovskite émiettée. Toutes les pièces peuvent ensuite être réutilisées dans une nouvelle cellule solaire Perowskit sans altérer les performances - la cellule solaire recyclée a la même efficacité que l'original.
Il existe encore des défis spécifiques pour les fenêtres solaires thermochromes. La température de changement de phase relativement élevée d'un peu plus de 100 degrés Celsius devrait être réduite pour des applications pratiques. De plus, l'humidité nécessaire à la commutation réversible pourrait affecter la stabilité des couches Perowskit à long terme. Cependant, comme la composition des matériaux Perovskit peut varier considérablement, des mélanges de matériaux ont pu être trouvés dans d'autres études sans ces inconvénients et l'efficacité a augmenté.
Potentiel de marché et perspectives d'avenir
La combinaison de la flexibilité, des avantages des coûts et de l'efficacité exceptionnelle fait des cellules solaires de Perowskit un espoir de transition énergétique. Les chercheurs du marché d'Ideechex prédisent que le marché de Perovskit photovoltaïque atteindra un volume de ventes annuel de près de 12 milliards de dollars d'ici 2035. À l'avenir, cette technologie pourrait remplacer les modules à base de silicium en tant que technologie dominante de photovoltaïque.
La combinaison de Perovsky avec du silicium dans les cellules en tandem semble particulièrement prometteuse, ce qui pourrait atteindre une efficacité allant jusqu'à 43% - un progrès clair par rapport aux modules de silicium pur. Les matériaux Perovskit peuvent être spécialement adaptés pour utiliser efficacement différentes longueurs d'onde de la lumière du soleil: tandis que Perovskit est mieux absorbé par la lumière courte (bleue), les scores de silicium dans la zone à ondes longues (rouge).
Pour le photovoltaïque intégré au bâtiment, les cellules solaires Perovskit transparentes ouvrent des perspectives complètement nouvelles. Afin de remplacer les fenêtres passives le plus rapidement possible par des fenêtres productrices d'électricité, les chercheurs travaillent à l'optimisation des performances des technologies et à la promotion de la maturité du marché des cellules PV transparentes. S'il est possible de surmonter les défis encore existants concernant la stabilité et la durabilité, les fenêtres solaires à base de Perovskit pourraient apporter une contribution significative à la production d'énergie décentralisée dans les espaces urbains dans un avenir proche.
Transition énergétique urbaine: fenêtres générateurs de puissance avec technologie Perovskit
Les cellules solaires de Perowskit, en particulier dans leur exécution transparente pour les applications de fenêtres , représentent une technologie prometteuse pour l'avenir du photovoltaïque. La possibilité de transformer les bâtiments et les fenêtres en générateurs d'électricité sans affecter leur fonction principale pourrait apporter une contribution décisive à la transition énergétique dans les salles urbaines.
Les progrès récents dans l'amélioration de la stabilité et de la longévité de ces cellules dans des conditions environnementales réelles sont encourageantes et ouvrent la voie à une application commerciale plus large. Les propriétés thermochromes de certaines fenêtres à base de Perovskit semblent particulièrement innovantes qui non seulement produisent de l'électricité, mais peuvent également contribuer à l'efficacité énergétique des bâtiments en adaptant leur transparence.
Bien qu'il y ait encore des défis, le développement rapide de la technologie Perovsky ces dernières années indique que les cellules solaires transparentes à grande efficacité pourraient bientôt jouer un rôle important dans l'architecture et l'approvisionnement en énergie. L'avenir de la construction pourrait être modifié de manière durable par cette technologie innovante - avec des bâtiments dont les fenêtres et les façades sont non seulement attrayantes esthétique, mais aussi activement à l'approvisionnement en énergie.
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