公開：2025年3月8日 /更新：2025年3月8日 - 著者： Konrad Wolfenstein
Perowskit太陽電池：近代的な建物とPVプロジェクトイメージの透明な太陽光発電の可能性：Xpert.Digital
透明なエネルギー遷移：革新的な窓技術による発電
Perowskit太陽電池：インテリジェントな窓の将来のメーカー
高効率を備えた透明な太陽電池の開発は、建物内の太陽光発電の統合のための新しい視点を開きます。特に、Perowskit太陽電池は、近年このアプリケーションの有望な候補として浮上しています。効率が最大31.6％であるため、透明なバージョンと安価な生産の可能性は、太陽エネルギー使用に革命をもたらす可能性があります。現在の研究結果は、これらの細胞の以前に問題のある安定性が大幅に改善できることを示しています。電気を生成するだけでなく、周囲の状態に透明性を適応させることができるインテリジェントなウィンドウペインとしてのアプリケーションは、前向きです。
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Perowskitソーラーテクノロジーの基礎
Perovskit太陽電池は、2009年以降に集中的に研究されている太陽光発電の比較的新しい発達を表しています。彼らは、彼らが持っている特徴的な結晶構造のミネラル・ペローキットに名前を付けています。これらの太陽電池は、いわゆるハロドまたはハロゲン化物のペルポスカイトに基づいています。これは、メチルモニウム陽イオンなどの有機陽性成分とヨウ化鉛などの無機金属塩で作られたハイブリッド材料です。特別な材料の組成と構造は、従来のシリコン太陽電池と基本的に異なり、太陽エネルギーの将来の有望な候補になります。
Perovskit太陽電池の機能は、日光を電気エネルギーに変換する優れた能力に基づいています。ユリッヒ研究センターの科学者は、ペロブスキット太陽電池の自由充電キャリアが、おそらく新しいフォトルミネセンス測定を介して崩壊から保護されていることを発見しました。これは、高効率の重要な理由である可能性があります。材料内の励起負荷キャリアの寿命は、これらの太陽電池の効率の決定的な要因です。これは、光によって放出される電子が保存され、発電に寄与する可能性があるため、これらの太陽電池の効率を決定するためです。
近年、これらの太陽電池の技術的発展は印象的な進歩を遂げています。最初のPerowskit太陽電池の効率はわずか4％でしたが、最新のモデルは20％以上の効率を定期的に達成しています。 Fraunhofer Instituteは記録的な31.6％を達成しましたが、ドイツの会社Qcellsは28.6％の効率を達成しました。
透明なペロブスキー太陽電池の利点
従来のシリコンモジュールと比較したPerovskit太陽電池の最も優れた特性は、高効率の潜在的な透明性です。このプロパティは、特に建物統合された太陽光発電の分野で、まったく新しいアプリケーションを開きます。透明性または半透明の太陽電池は、建物を置くだけでなく、電力を生成することもできます。
透明度の程度は、要求に応じて製造プロセス中に調整できます。これにより、透明度が向上するとエネルギー変換効率が低下することに注意する必要があります。透明バージョンで最も測定された変換効率が最も高いのは、現在17.9％です。印象的な研究プロジェクトの一環として、テクノロジーの組み合わせは、平均光取引度が55％を超える平均光取引程度で太陽エネルギーを14％の効率で変換できることが実証されました。半透明のUV-Perowskitzellenは、軽いトランザクションの程度は約60％で、10％以上の効率を達成しています。
その透明性に加えて、ペロブスキット太陽電池は、さらに顕著な利点によって特徴付けられます。それらは比較的安価で、薄層太陽光モジュールと同様に製造が簡単です。ロールツーロール印刷技術などのシンプルでスケーラブルな方法を使用してペローシアンを製造できるため、製造はシリコンに比べてはるかにエネルギー集約型です。さらに、必要な原材料は通常豊富であり、材料のコストを低く抑えます。
もう1つの決定的な利点は、ペロブスキー太陽電池の軽さと柔軟性です。それらは、ウェーハ - 薄い層として異なる基質に適用することができ、それがそれらの用途を大幅に拡大することができます。このプロパティは、ポータブルデバイス、車両、または太陽光窓やファサードモジュールなどの統合された太陽光発電ソリューションの革新的なアプリケーションを可能にします。
統合の構築における革新的なアプリケーション
ペロブスキット太陽電池を透明にする可能性は、太陽電池が窓などの古典的な建築材料を置き換える建物統合太陽光発電（BIPV）にとって特に魅力的です。ガラス板間のペロブスキットの埋め込みにより、太陽電池は建物の実際のファサードと壁として機能すると同時に、現場で使用したり、ネットワークで食事をとったりするために電力を生成できます。
この革新的なアプリケーションの具体的な例は、パナソニックホールディングスを提示し、東京の南のモデルハウスのバルコニーにペロブスキー太陽電池を伴う半透明のガラスのbal船を提示しました。これらのプロトタイプは、Perovskitテクノロジーを日常の構築要素に統合する可能性を示しています。ライプツィヒの物理学者はまた、窓板に直接蒸発させることができる透明な太陽電池を開発しているため、ファサード全体を発電所に変えることができます。
Thermochromeまたは「スマートな」ウィンドウの分野での開発は、特に前向きです。カリフォルニア大学バークレー校の科学者は、太陽光発電のアクティブウィンドウへの機能的な拡張を開発しました。これは、温度が変化し、暗い状態で電気を生成すると色と透明度を変えます。色付きのソーラーウィンドウへの可逆的な変化は、ウェーハ薄いペロブスキット層の位相変化に基づいています。
透明状態では、ペロブスキット結晶は立方体構造で利用可能であり、大部分は透明ですが、摂氏約105度では、透明ではないが太陽光発電の結晶構造になります。これにより、可視光の約3分の2がブロックされ、7％の効率が得られます。室温まで冷却され、ある程度の湿気にさらされると、この位相の変化は逆転することができ、窓は再び透明になります。
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気候に最適化された建物のサーモクロム特性
Perovskitベースのウィンドウのサーモクロム特性は、建物のエネルギー効率に大きく貢献する可能性があります。セルフのサングラスと同様に、これらのウィンドウは、温度が変化するときに色を変える可能性があります。温度は、サングラスの場合の光強度とは対照的に、決定的な因子です。温度が上昇すると、透明なディスクの色が徐々に黄色、オレンジ、赤、または茶色に変わります。暑くなればなるほど、ガラスは暗くなります。つまり、部屋を自動的に冷却し、エアコンを使用せずに冷却できます。
このメカニズムは、加熱と冷却のエネルギー要件を減らすために大きく貢献できます。オーストリアの暖房と温水がCO2排出量の25％を担当しているという事実を考慮して、バーミンガム大学の調査によると、世界中の冷却装置の数は2050年までに140億回に4倍になるはずです。
課題と解決策
有望な特性にもかかわらず、Perovskit太陽電池は、これまでに幅広い商業アプリケーションを制限してきたいくつかの課題に直面しています。主な問題は、実際の環境条件下での安定性です。 Perowskit結晶は、乱れて欠陥がある傾向があり、安定性の問題につながる可能性があります。あなたはまだシリコン太陽電池の寿命に到達しておらず、水分、光、熱に敏感です。材料は極端な気象条件で分解できるため、低気象抵抗には大きな不利な点があります。
しかし、研究はこれらの課題を克服する上ですでに大きな進歩を遂げています。たとえば、パナソニックは、材料のより化学的に安定したバリアントを生産し、二重ガラスを使用して気象条件から保護することに成功しました。キプロス大学と協力して、 Perowskitソーラーモジュールの研究のブレークスルー。キプロスでの屋外での2年間の研究では、ミニペロフスキットモジュールの長期的な安定性が検出されました。これは、1年後に屋外で78％の印象的なエネルギー効率を達成し、現在のPerovskyソーラーモジュールが数週間しか維持できません。
リサイクルの分野でも進歩が遂げられています。スウェーデンの研究者は、完全かつ環境に優しいペロブスキー太陽電池の方法を開発しました。細胞を分解するときに有毒なジメチルホルムアミドを使用する代わりに、チームは溶媒として水を使用して砕いたペロブスカイトを減らします。その後、すべての部品は、性能を損なうことなく、新しいペロスキット太陽電池で再利用できます。リサイクルされた太陽電池は、元と同じ効率を持っています。
Thermochrome Solar Windowsにはまだ具体的な課題があります。摂氏100度をわずかに超える比較的高い位相変化温度は、実用的なアプリケーションのために減らす必要があります。さらに、可逆的なスイッチングに必要な水分は、長期的にはペロースキット層の安定性に影響を与える可能性があります。ただし、ペロブスキット材料の組成は大きく変化する可能性があるため、これらの欠点がなければ他の研究では材料の混合物が見つかり、効率が増加しました。
市場の可能性と将来の見通し
柔軟性、コストの利点、優れた効率の組み合わせにより、Perowskit太陽電池はエネルギー遷移の希望になります。 Idtechexの市場調査者は、Perovskit太陽光発電の市場が2035年までに年間販売量近くの販売量に達すると予測しています。将来、この技術は、シリコンベースのモジュールを太陽光発電の支配的な技術として置き換えることができました。
ペロブスキーとタンデム細胞のシリコンの組み合わせは、特に有望であるように見えます。これは、純粋なシリコンモジュールと比較して、最大43％の明確な進歩を達成できる可能性があります。 Perovskit材料は、さまざまな波長の日光を効率的に使用するように特別に適合させることができます。Perovskitは、長波（赤）領域の短波（青）の光、シリコンスコアをよりよく吸収しますが。
建物が統合された太陽光発電のために、透明なペロブスキット太陽電池は、まったく新しい視点を開きます。パッシブウィンドウをできるだけ迅速に電気生産窓に置き換えるために、研究者はテクノロジーのパフォーマンスの最適化と透明なPVセルの市場成熟度を促進することに取り組んでいます。安定性と耐久性に関するまだ既存の課題を克服できる場合、ペロブスキットベースのソーラーウィンドウは、近い将来、都市空間における分散エネルギー生成に大きく貢献する可能性があります。
都市エネルギー移行：Perovskitテクノロジーを備えた電力生成ウィンドウ
Perowskit太陽電池は、特にウィンドウアプリケーションの透明な実行において、太陽光発電の将来のための有望な技術を表しています。主要な機能に影響を与えることなく、建物や窓を発電機に変換する可能性は、都市部屋のエネルギー移行に決定的な貢献をする可能性があります。
実際の環境条件下でのこれらの細胞の安定性と寿命を改善する最近の進歩は、より広範な商業アプリケーションへの道を励まし、舗装しています。いくつかのペロブスキットベースのウィンドウのサーモクロム特性は、特に革新的であり、電力を生成するだけでなく、透明性を適応させることで建物のエネルギー効率に貢献することもできます。
まだいくつかの課題がありますが、近年のペロブスキー技術の急速な発展は、高効率の透明な太陽電池が建築とエネルギーの供給においてすぐに重要な役割を果たす可能性があることを示しています。建設の未来は、この革新的なテクノロジーによって持続的に変更される可能性があります - 窓やファサードが審美的に魅力的であるだけでなく、エネルギー供給に積極的に貢献している建物もあります。
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