Pubblicato l'8 marzo 2025 / Aggiornamento dall'8 marzo 2025 - Autore: Konrad Wolfenstein
Cellule solari di Perowskit: il potenziale del fotovoltaico trasparente per edifici moderni e progetti fotovoltaici: Xpert.Digital
Transizione energetica trasparente: generazione di elettricità attraverso la tecnologia delle finestre innovativa
Perowskit celle solari: i futuri produttori di finestre intelligenti
Lo sviluppo di celle solari trasparenti con elevata efficienza apre nuove prospettive per l'integrazione del fotovoltaico negli edifici. Le celle solari di Perowskit in particolare sono emerse come candidati promettenti per questa applicazione negli ultimi anni. Con efficienza fino al 31,6 per cento, la possibilità di versioni trasparenti e una produzione economica potrebbe rivoluzionare l'uso di energia solare. I risultati della ricerca attuali mostrano che la stabilità precedentemente problematica di queste cellule potrebbe essere significativamente migliorata. Le applicazioni come vetri di finestre intelligenti che non solo generano elettricità, ma possono anche adattare la loro trasparenza alle condizioni ambientali sono in avanti.
Adatto a:
Fondamenti di tecnologia solare per pereorskit
Le celle solari Perovskit rappresentano uno sviluppo relativamente nuovo nel fotovoltaico, che è stato studiato intensamente dal 2009. Devono i loro nomi al Mineral Perowskit, la cui caratteristica struttura cristallina hanno. Queste celle solari si basano su cosiddetti persociti alogeni o alogeni, un materiale ibrido realizzato in componenti organici positivi come cationi di metilammonio e sali di metallo inorganico come ioduro di piombo. La composizione materiale speciale e la struttura differiscono fondamentalmente dalle tradizionali celle solari al silicio e lo rendono un candidato promettente per il futuro dell'energia solare.
La funzionalità delle celle solari perovskit si basa sulla sua eccellente capacità di convertire la luce solare in energia elettrica. Gli scienziati del Jülich Research Center hanno scoperto che i portatori di ricarica liberi nelle celle solari perovskit sono presumibilmente protetti dalla disintegrazione attraverso nuove misurazioni della fotoluminescenza, che potrebbe essere un motivo essenziale per la loro alta efficienza. La durata della vita dei portatori di carico eccitato nel materiale è un fattore decisivo per l'efficienza di queste celle solari, poiché determinano per quanto tempo gli elettroni rilasciati dalla luce possono essere preservati e possono contribuire alla generazione di elettricità.
Negli ultimi anni, lo sviluppo tecnologico di queste celle solari ha fatto progressi impressionanti. Mentre le prime celle solari di Perowskit avevano ancora una modesta efficienza di soli 4 percento, gli ultimi modelli raggiungono regolarmente un'efficienza di oltre il 20 percento. Il Fraunhofer Institute ha persino raggiunto un record del 31,6 per cento, mentre la società tedesca QCells ha raggiunto un'efficienza del 28,6 per cento.
Vantaggi delle celle solari trasparenti perovsky
La proprietà più eccezionale delle celle solari perovskit rispetto ai moduli di silicio convenzionali è la loro potenziale trasparenza con alta efficienza. Questa proprietà apre applicazioni completamente nuove, in particolare nell'area del fotovoltaico integrato dell'edificio. Le celle solari trasparenti o semi -trasparenti possono essere integrate nelle aree delle finestre, che non solo lascia gli edifici, ma possono anche generare elettricità.
Il grado di trasparenza può essere regolato durante il processo di produzione a seconda della richiesta, per cui va notato che l'efficienza di conversione dell'energia diminuisce con l'aumentare della trasparenza. La più alta efficienza di conversione misurata nelle versioni trasparenti è attualmente del 17,9 per cento. Come parte dell'impressionante progetto di ricerca , è stato dimostrato che una combinazione di tecnologie può convertire l'energia solare con un'efficienza del 14 percento con un grado medio di transazione leggera superiore al 55 percento. I semi-trasparenti UV-PEROWSKITZELLEN raggiungono persino un'efficienza di oltre il 10 percento con un grado di transazione leggera di circa il 60 percento.
Oltre alla loro trasparenza, le celle solari Perovskit sono caratterizzate da ulteriori notevoli vantaggi. Sono relativamente economici e facili da fabbricare, simili ai moduli solari a livello sottile. La fabbricazione è molto meno ad alta intensità di energia rispetto al silicio, poiché la pentena può essere prodotta utilizzando metodi semplici e scalabili come le tecniche di stampa roll-to-roll. Inoltre, le materie prime richieste sono generalmente abbondanti, il che mantiene bassi i costi del materiale.
Un altro vantaggio decisivo è la leggerezza e la flessibilità delle celle solari perovsky. Possono essere applicati a diversi substrati come strato sottile, che espande in modo significativo i loro usi. Questa proprietà consente applicazioni innovative in dispositivi portatili, veicoli o soluzioni fotovoltaiche integrate come finestre solari o moduli di facciata.
Applicazioni innovative nella costruzione dell'integrazione
La possibilità di rendere trasparente le celle solari perovskit lo rende particolarmente attraente per il fotovoltaico integrato dall'edificio (BIPV), in cui le celle solari sostituiscono i classici materiali da costruzione come le finestre. L'incorporamento del perovskit tra i vetri consente alle celle solari di fungere da facciata e parete effettivi di un edificio, generando allo stesso tempo elettricità per l'uso in loco o alimentazione sulla rete.
Un esempio concreto di questa applicazione innovativa presentava Panasonic Holdings, che presentava balaustre di vetro semitrasparente con celle solari perovsky sul balcone di una casa modello a sud di Tokyo. Questi prototipi dimostrano il potenziale per integrare la tecnologia Perovskit negli elementi di costruzione quotidiani. I fisici di Lipsia hanno anche sviluppato una cella solare trasparente che può essere evaporata direttamente su un riquadro di finestre e potrebbe quindi trasformare intere facciate in centrali elettriche.
Gli sviluppi nel campo delle finestre termochromo o "intelligenti" sono particolarmente in avanti. Gli scienziati dell'Università della California a Berkeley hanno sviluppato un'estensione funzionale in una finestra attiva fotovoltaica, che cambia colore e trasparenza quando la temperatura cambia e può generare elettricità nello stato buio. La modifica reversibile in una finestra solare colorata si basa su un cambio di fase degli strati perovskit sottili.
Nello stato trasparente, i cristalli perovskit sono disponibili in una struttura cubica e sono in gran parte trasparenti, mentre a una temperatura di circa 105 gradi Celsius passano in una struttura cristallina meno trasparente ma fotovoltaica. Ciò blocca circa i due terzi della luce visibile e raggiunge un'efficienza del sette percento. Raffreddato a temperatura ambiente ed esposto ad un po 'di umidità, questo cambio di fase può essere invertito e la finestra sarà di nuovo trasparente.
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Proprietà del termocromo per edifici ottimizzati per il clima
Le proprietà del termocromo delle finestre a base di Perovskit potrebbero dare un contributo significativo all'efficienza energetica degli edifici. Simile agli occhiali da sole auto -tinting, queste finestre possono cambiare il loro colore quando il cambiamento di temperatura, la temperatura - in contrasto con l'intensità della luce in caso di occhiali da sole - è il fattore decisivo. Man mano che la temperatura aumenta, il colore del disco trasparente diventa gradualmente giallo, arancione, rosso o marrone. Più caldo diventa, più scuro diventa il vetro, il che significa che la stanza può essere raffreddata automaticamente e senza usare l'aria condizionata.
Questo meccanismo può contribuire in modo significativo a ridurre il fabbisogno energetico per il riscaldamento e il raffreddamento. In considerazione del fatto che il riscaldamento e l'acqua calda in Austria sono responsabili del 25 percento delle emissioni di CO2 e, secondo uno studio dell'Università di Birmingham, il numero di dispositivi di raffreddamento in tutto il mondo dovrebbe quadruplicare a 14 miliardi di volte entro il 2050, tali soluzioni di finestre intelligenti potrebbero dare un contributo importante alla protezione climatica.
Sfide e soluzioni
Nonostante le promettenti proprietà, le celle solari perovskit affrontano alcune sfide che finora hanno limitato la loro ampia applicazione commerciale. Un problema principale è la sua stabilità in condizioni ambientali reali. I cristalli di Perowskit tendono a crescere disorganizzati e difettosi, il che può portare a problemi di stabilità. Non raggiungi ancora la longevità delle celle solari al silicio e sei sensibile all'umidità, alla luce e al calore. Vi è uno svantaggio significativo nella resistenza alle intemperie più bassa, poiché il materiale può decomporsi in condizioni meteorologiche estreme.
Tuttavia, la ricerca ha già fatto progressi significativi nel superare queste sfide. Ad esempio, Panasonic è riuscito a produrre una variante più stabile chimicamente stabile del materiale e proteggerlo dalle condizioni meteorologiche utilizzando il doppio vetro. svolta nella ricerca sui moduli solari di Periwkit in collaborazione con l'Università di Cipro . In uno studio di due anni all'aperto a Cipro, è stata rilevata la stabilità a lungo termine dei moduli mini-perovskit, che dopo un anno all'aperto ha ottenuto un'impressionante efficienza energetica del 78 %, un valore che gli attuali moduli solari perovsky possono spesso mantenere solo per poche settimane.
Sono stati anche compiuti progressi nell'area del riciclaggio. I ricercatori della Svezia hanno sviluppato un metodo per celle solari perovsky completamente e rispettose dell'ambiente. Invece di usare la formamide dimetil tossica durante lo smontaggio delle celle, il team utilizza l'acqua come solvente per ridurre la perovskite sbriciolata. Tutte le parti possono quindi essere riutilizzate in una nuova cella solare di Periwkit senza compromettere le prestazioni: la cella solare riciclata ha la stessa efficienza dell'originale.
Ci sono ancora sfide specifiche per le finestre solari termochromo. La temperatura di cambio di fase relativamente elevata di poco più di 100 gradi Celsius dovrebbe essere ridotta per applicazioni pratiche. Inoltre, l'umidità necessaria per la commutazione reversibile potrebbe influire sulla stabilità degli strati di Perowskit a lungo termine. Tuttavia, poiché la composizione dei materiali perovskit può essere variata notevolmente, le miscele di materiali potrebbero essere trovate in altri studi senza questi svantaggi e l'efficienza è aumentata.
Potenziale di mercato e prospettive future
La combinazione di flessibilità, vantaggi in termini di costi e efficienza eccezionale rende le celle solari di Periwkit una speranza della transizione energetica. I ricercatori di mercato di Idteechex prevedono che il mercato di Perovskit Photovoltaics raggiungerà un volume di vendite annuale di quasi $ 12 miliardi entro il 2035. In futuro, questa tecnologia potrebbe sostituire i moduli a base di silicio come tecnologia dominante del fotovoltaico.
La combinazione di perovsky con silicio nelle cellule tandem appare particolarmente promettente, il che potrebbe ottenere un'efficienza fino al 43 percento, un progresso chiaro rispetto ai moduli di silicio puri. I materiali Perovskit possono essere appositamente adattati per utilizzare diverse lunghezze d'onda della luce solare in modo efficiente: mentre il perovskit è meglio assorbiti a onde corte (blu), punteggi di silicio nell'area a onda lunga (rossa).
Per le celle solari fotovoltaiche e trasparenti per l'edificio, trasparenti, aprono prospettive completamente nuove. Al fine di sostituire le finestre passive il più rapidamente possibile con le finestre che producono elettricità, i ricercatori stanno lavorando per ottimizzare le prestazioni delle tecnologie e promuovere la maturità del mercato delle celle fotovoltaiche trasparenti. Se è possibile superare le sfide ancora esistenti per quanto riguarda la stabilità e la durata, le finestre solari a base di Perovskit potrebbero dare un contributo significativo alla generazione di energia decentralizzata negli spazi urbani nel prossimo futuro.
Transizione energetica urbana: finestre che generano energia con tecnologia Perovskit
Le celle solari di Perowskit, in particolare nella loro esecuzione trasparente per le applicazioni di finestre , rappresentano una tecnologia promettente per il futuro del fotovoltaico. La possibilità di trasformare edifici e finestre in generatori di energia senza influire sulla loro funzione principale potrebbe dare un contributo decisivo alla transizione energetica nelle stanze urbane.
I recenti progressi nel miglioramento della stabilità e della longevità di queste cellule in condizioni ambientali reali sono incoraggianti e aprono la strada a un'applicazione commerciale più ampia. Le proprietà del termocromo di alcune finestre a base di Perovskit sembrano particolarmente innovative che non solo generano elettricità, ma possono anche contribuire all'efficienza energetica degli edifici adattando la loro trasparenza.
Mentre ci sono ancora alcune sfide, il rapido sviluppo della tecnologia Perovsky negli ultimi anni indica che le celle solari trasparenti con alta efficienza potrebbero presto svolgere un ruolo importante nell'architettura e nell'approvvigionamento energetico. Il futuro della costruzione potrebbe essere cambiato in modo sostenibile da questa tecnologia innovativa - con edifici le cui finestre e facciate non sono solo esteticamente attraenti, ma contribuiscono anche attivamente all'approvvigionamento energetico.
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