Gepubliceerd op: 8 maart 2025 / UPDATE VAN: 8 maart 2025 - Auteur: Konrad Wolfenstein
Perowskit zonnecellen: het potentieel van transparante fotovoltaïscheïce voor moderne gebouwen en PV-projecten-afbeelding: Xpert.Digital
Transparante energietransitie: elektriciteitsopwekking door innovatieve raamtechnologie
Perowskit zonnecellen: de toekomstige makers voor intelligente vensters
De ontwikkeling van transparante zonnecellen met een hoge efficiëntie opent nieuwe perspectieven voor de integratie van fotovoltaïscheën in gebouwen. Vooral Perowskit zonnecellen zijn de afgelopen jaren voor deze toepassing een veelbelovende kandidaat voor deze toepassing naar voren gekomen. Met de efficiëntie van maximaal 31,6 procent kan de mogelijkheid van transparante versies en goedkope productie een revolutie teweegbrengen in het gebruik van zonne -energie. Huidige onderzoeksresultaten tonen aan dat de eerder problematische stabiliteit van deze cellen aanzienlijk kan worden verbeterd. Toepassingen als intelligente raamstuiten die niet alleen elektriciteit genereren, maar ook hun transparantie kunnen aanpassen aan de omgevingscondities zijn vooruitziend.
Geschikt hiervoor:
Fundamentals of Perowskit Solar Technology
Perovskit zonnecellen vertegenwoordigen een relatief nieuwe ontwikkeling in fotovoltaïscheën, die pas sinds 2009 intensief is onderzocht. Ze zijn hun namen verschuldigd aan de minerale Perowskit, wiens karakteristieke kristalstructuur ze hebben. Deze zonnecellen zijn gebaseerd op zogenaamde haliden- of halogenide Persovskieten, een hybride materiaal gemaakt van organische positieve componenten zoals methylammoniumkationen en anorganische metaalzouten zoals loodjodide. De speciale materiaalsamenstelling en structuur verschilt fundamenteel van traditionele silicium zonnecellen en maakt het een veelbelovende kandidaat voor de toekomst van zonne -energie.
De functionaliteit van de zonnecellen van Perovskit is gebaseerd op het uitstekende vermogen om zonlicht om te zetten in elektrische energie. Wetenschappers van het Jülich Research Center hebben ontdekt dat vrije laaddragers in zonnecellen van Perovskit vermoedelijk worden beschermd tegen desintegratie door nieuwe fotoluminescentiemetingen, wat een essentiële reden zou kunnen zijn voor hun hoge efficiëntie. De levensduur van geëxciteerde belastingdragers in het materiaal is een beslissende factor voor de efficiëntie van deze zonnecellen, omdat ze bepalen hoe lang de door licht afgegeven elektronen kunnen worden bewaard en kunnen bijdragen aan het genereren van elektriciteit.
In de afgelopen jaren heeft de technologische ontwikkeling van deze zonnecellen indrukwekkende vooruitgang geboekt. Hoewel de eerste zonnecellen van Perowskit nog steeds een bescheiden efficiëntie van slechts 4 procent hadden, bereiken de nieuwste modellen regelmatig een efficiëntie van meer dan 20 procent. Het Fraunhofer Institute behaalde zelfs een record van 31,6 procent, terwijl het Duitse bedrijf QCells een efficiëntie van 28,6 procent behaalde.
Voordelen van transparante Perovsky zonnecellen
De meest opvallende eigenschap van Perovskit -zonnecellen in vergelijking met conventionele siliciummodules is hun potentiële transparantie met een hoge efficiëntie. Deze eigenschap opent volledig nieuwe applicaties, vooral op het gebied van gebouw -geïntegreerde fotovoltaïscheën. Transparante of semi -transparante zonnecellen kunnen worden geïntegreerd in raamgebieden, die niet alleen gebouwen binnenlaten, maar ook elektriciteit kunnen genereren.
De mate van transparantie kan worden aangepast tijdens het productieproces, afhankelijk van het verzoek, waardoor moet worden opgemerkt dat de energie -conversie -efficiëntie afneemt met toenemende transparantie. De hoogste gemeten conversie -efficiëntie in transparante versies is momenteel 17,9 procent. Als onderdeel van het indrukwekkende onderzoeksproject werd aangetoond dat een combinatie van technologieën zonne -energie kan omzetten met een efficiëntie van 14 procent met een gemiddelde lichte transactiegraad van meer dan 55 procent. Half-transparante UV-Perowskitzellen behaalt zelfs een efficiëntie van meer dan 10 procent met een lichte transactiegraad van ongeveer 60 procent.
Naast hun transparantie worden perovskit zonnecellen gekenmerkt door verdere opmerkelijke voordelen. Ze zijn relatief goedkoop en gemakkelijk te produceren, vergelijkbaar met dunne-laag zonnemodules. De fabrikant is veel minder energie-intensief in vergelijking met silicium, omdat Perowsian kan worden geproduceerd met behulp van eenvoudige, schaalbare methoden zoals roll-to-roll printtechnieken. Bovendien zijn de vereiste grondstoffen meestal overvloedig, waardoor de materiaalkosten laag blijven.
Een ander beslissend voordeel is de lichtheid en flexibiliteit van de Perovsky -zonnecellen. Ze kunnen op verschillende substraten worden toegepast als een wafel -dun -laag, die hun gebruik aanzienlijk uitbreidt. Deze eigenschap maakt innovatieve applicaties mogelijk in draagbare apparaten, voertuigen of gebouwen geïntegreerde fotovoltaïsche oplossingen zoals zonne -ramen of gevelsmodules.
Innovatieve applicaties bij het bouwen van integratie
De mogelijkheid om perovskit zonnecellen transparant te maken, maakt het bijzonder aantrekkelijk voor het gebouw-geïntegreerde fotovoltaïsche (BIPV), waarin zonnecellen klassieke bouwmaterialen zoals ramen vervangen. Door de inbedding van de perovskit tussen glazen ruiten kan de zonnecellen dienen als de werkelijke gevel en wand van een gebouw, terwijl ze tegelijkertijd elektriciteit genereren voor gebruik op locatie of voeding op het netwerk.
Een concreet voorbeeld van deze innovatieve applicatie presenteerde Panasonic Holdings, dat semi-transparante glazen balustrades presenteerde met Perovsky-zonnecellen op het balkon van een modelhuis ten zuiden van Tokio. Deze prototypes tonen het potentieel om perovskit -technologie te integreren in dagelijkse bouwelementen. Leipzig -fysici hebben ook een transparante zonnecel ontwikkeld die rechtstreeks naar een raamvenster kan worden verdampt en dus hele gevels in energiecentrales kan veranderen.
Ontwikkelingen op het gebied van thermochrome of "slimme" vensters zijn met name vooruitzienend. Wetenschappers van de Universiteit van Californië in Berkeley hebben een functionele uitbreiding ontwikkeld in een fotovoltaïsch actief venster, dat zijn kleur en transparantie verandert wanneer de temperatuur verandert en elektriciteit in de verduisterde toestand kan genereren. De omkeerbare verandering in een gekleurd zonnevenster is gebaseerd op een faseverandering van wafel-dunne perovskit-lagen.
In de transparante toestand zijn de perovskit -kristallen verkrijgbaar in een kubieke structuur en zijn ze grotendeels transparant, terwijl ze bij een temperatuur van ongeveer 105 graden Celsius passeren in een minder transparante maar fotovoltaïsche kristalstructuur. Dit blokkeert ongeveer tweederde van het zichtbare licht en bereikt een efficiëntie van zeven procent. Gekoeld tot kamertemperatuur en blootgesteld aan wat vocht, kan deze faseverandering worden omgekeerd en het venster zal weer transparant zijn.
Geschikt hiervoor:
Thermochrome eigenschappen voor gebouwen met klimaat -geoptimaliseerde gebouwen
De thermochrome eigenschappen van ramen op Perovskit kunnen een belangrijke bijdrage leveren aan de energie-efficiëntie van gebouwen. Net als bij zelf -tinterende zonnebrillen, kunnen deze ramen van kleur veranderen wanneer de temperatuurverandering, de temperatuur - in tegenstelling tot de lichtintensiteit in het geval van zonnebrillen - de beslissende factor is. Naarmate de temperatuur stijgt, wordt de transparante schijfkleur geleidelijk geel, oranje, rood of bruin. Hoe heter het wordt, hoe donkerder het glas wordt, wat betekent dat de kamer automatisch kan worden gekoeld en zonder airconditioning te gebruiken.
Dit mechanisme kan aanzienlijk bijdragen om de energie -eis voor verwarming en koeling te verminderen. Gezien het feit dat verwarming en heet water in Oostenrijk verantwoordelijk zijn voor 25 procent van de CO2 -emissies en volgens een studie van de Universiteit van Birmingham het aantal koelapparatuur wereldwijd tegen 2050 zou moeten verviervoudigen tot 14 miljard keer, zouden dergelijke intelligente raamoplossingen een belangrijke bijdrage kunnen leveren aan klimaatbescherming.
Uitdagingen en oplossingen
Ondanks de veelbelovende eigenschappen staat Perovskit -zonnecellen voor enkele uitdagingen die hun brede commerciële toepassing tot nu toe hebben beperkt. Een belangrijk probleem is de stabiliteit onder reële omgevingscondities. Perowskit -kristallen worden de neiging om ongeorganiseerd en defect te worden, wat kan leiden tot stabiliteitsproblemen. Je bereikt nog niet de levensduur van silicium zonnecellen en bent gevoelig voor vocht, licht en warmte. Er is een aanzienlijk nadeel in de weerstand van de lagere weersomstandigheden, omdat het materiaal kan ontleden in extreme weersomstandigheden.
Onderzoek heeft echter al aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het overwinnen van deze uitdagingen. Panasonic is er bijvoorbeeld in geslaagd een meer chemisch stabiele variant van het materiaal te produceren en te beschermen tegen weersomstandigheden door dubbel glas te gebruiken. doorbraak bereikt in onderzoek naar Perowskit -zonnemodules in samenwerking met de Universiteit van Cyprus . In een tweejarige studie buiten op Cyprus werd de stabiliteit op lange termijn van mini-perovskit-modules gedetecteerd, die na een jaar buiten een indrukwekkende energie-efficiëntie van 78 procent-A-waarde behaalde die de huidige perovsky zonnemodules vaak slechts enkele weken kunnen onderhouden.
Er is ook vooruitgang geboekt op het gebied van recycling. Onderzoekers uit Zweden hebben een methode ontwikkeld voor volledig en milieuvriendelijke Perovsky -zonnecellen. In plaats van het toxische dimethylformamide te gebruiken bij het demonteren van de cellen, gebruikt het team water als oplosmiddel om het verkruimelde perovskiet te verminderen. Alle onderdelen kunnen vervolgens worden hergebruikt in een nieuwe zonnecel van Perowskit zonder de prestaties te beïnvloeden-de gerecyclede zonnecel heeft dezelfde efficiëntie als het origineel.
Er zijn nog steeds specifieke uitdagingen voor thermochrome zonne -ramen. De relatief hoge faseveranderingstemperatuur van iets meer dan 100 graden Celsius zou moeten worden verlaagd voor praktische toepassingen. Bovendien kan het vocht dat nodig is voor omkeerbare schakelen op de lange termijn de stabiliteit van de Perowskit -lagen beïnvloeden. Omdat de samenstelling van perovskit -materialen echter sterk kan worden gevarieerd, konden materiaalmengsels in andere onderzoeken worden gevonden zonder deze nadelen en de efficiëntie toenam.
Marktpotentieel en toekomstperspectieven
De combinatie van flexibiliteit, kostenvoordelen en uitstekende efficiëntie maakt Perowskit zonnecellen een hoop op de energietransitie. Marktonderzoekers van IDTEECHEX voorspellen dat de markt voor Perovskit Photovoltaics tegen 2035 een jaarlijks verkoopvolume van bijna $ 12 miljard zal bereiken. In de toekomst kan deze technologie op silicium gebaseerde modules vervangen als een dominante technologie van fotovoltaïsche.
De combinatie van Perovsky met silicium in tandemcellen lijkt bijzonder veelbelovend, wat een efficiëntie van maximaal 43 procent kan bereiken-een duidelijke vooruitgang in vergelijking met zuivere siliciummodules. Perovskit-materialen kunnen speciaal worden aangepast om verschillende golflengten van het zonlicht efficiënt te gebruiken: terwijl Perovskit beter wordt geabsorbeerd kortegolf (blauw) licht, siliconenscores in het langgolf (rood) gebied.
Voor de gebouwen-geïntegreerde fotovoltaïsche, transparante perovskit zonnecellen openen volledig nieuwe perspectieven. Om passieve vensters zo snel mogelijk te vervangen door elektriciteitsproducerende ramen, werken onderzoekers aan het optimaliseren van de prestaties van de technologieën en het bevorderen van de marktrijpheid van de transparante PV-cellen. Als het mogelijk is om de nog steeds bestaande uitdagingen met betrekking tot stabiliteit en duurzaamheid te overwinnen, kunnen in de nabije toekomst een belangrijke bijdrage leveren aan de gedecentraliseerde energieopwekking in stedelijke ruimtes in stedelijke ruimtes.
Urban Energy Transition: Power Generating Windows met Perovskit-technologie
Perowskit zonnecellen, vooral in hun transparante uitvoering voor venstertoepassingen , vormen een veelbelovende technologie voor de toekomst van fotovoltaïscheën. Met hun combinatie van hoge efficiëntie, transparantie, lage productiekosten en flexibiliteit bieden ze aanzienlijke voordelen ten opzichte van conventionele silicium zonnecellen. De mogelijkheid om gebouwen en vensters te transformeren in stroomgeneratoren zonder hun primaire functie te beïnvloeden, kan een beslissende bijdrage leveren aan de energietransitie in stedelijke kamers.
De recente vooruitgang bij het verbeteren van de stabiliteit en levensduur van deze cellen onder reële omgevingscondities zijn bemoedigend en vrijmaken de weg voor een bredere commerciële toepassing. De thermochrome eigenschappen van sommige op Perovskit gebaseerde ramen lijken bijzonder innovatief die niet alleen elektriciteit genereren, maar ook kunnen bijdragen aan de energie-efficiëntie van gebouwen door hun transparantie aan te passen.
Hoewel er nog steeds enkele uitdagingen zijn, geeft de snelle ontwikkeling van Perovsky -technologie de afgelopen jaren aan dat transparante zonnecellen met een hoog efficiëntie binnenkort een belangrijke rol kunnen spelen in de architectuur en energievoorziening. De toekomst van de bouw kan duurzaam worden veranderd door deze innovatieve technologie - met gebouwen waarvan de ramen en gevels niet alleen esthetisch aantrekkelijk zijn, maar ook actief bijdragen aan de energievoorziening.
Geschikt hiervoor:
Uw wereldwijde partner voor marketing en bedrijfsontwikkeling
☑️ onze zakelijke taal is Engels of Duits
☑️ Nieuw: correspondentie in uw nationale taal!
Konrad Wolfenstein
Ik ben blij dat ik beschikbaar ben voor jou en mijn team als een persoonlijk consultant.
U kunt contact met mij opnemen door het contactformulier hier in te vullen of u gewoon te bellen op +49 89 674 804 (München) . Mijn e -mailadres is: Wolfenstein ∂ Xpert.Digital
Ik kijk uit naar ons gezamenlijke project.
