Opublikowano: 8 marca 2025 / Aktualizacja od: 8 marca 2025 r. - Autor: Konrad Wolfenstein
Perowskit Słoneczne ogniwa słoneczne: potencjał przezroczystej fotowoltaiki dla nowoczesnych budynków i projektów PV-Image: xpert.digital
Przezroczyste przejście energii: wytwarzanie energii elektrycznej poprzez innowacyjną technologię okien
Perowskit Solar Cells: The Future Makers for Inteligentne Windows
Rozwój przezroczystych ogniw słonecznych o wysokiej wydajności otwiera nowe perspektywy integracji fotowoltaiki w budynkach. W szczególności ogniwa słoneczne Perowskit pojawiły się jako obiecujący kandydat do tego wniosku w ostatnich latach. Przy wydajności nawet 31,6 procent możliwość przezroczystych wersji i niedrogiej produkcji może zrewolucjonizować zużycie energii słonecznej. Obecne wyniki badań pokazują, że wcześniej problematyczna stabilność tych komórek można znacznie poprawić. Zastosowania jako inteligentne panele okienne, które nie tylko wytwarzają energię elektryczną, ale także mogą dostosowywać ich przejrzystość do warunków otoczenia, są wyprzedzające.
Nadaje się do:
Podstawy technologii słonecznej Perowskit
Perovskit Słoneczne ogniwa słoneczne reprezentują stosunkowo nowy rozwój fotowoltaiki, który był intensywnie badany od 2009 roku. Są winni swoje nazwiska minerałowi Perowskit, którego charakterystyczna struktura krystaliczna mają. Te ogniwa słoneczne oparte są na tak zwanych halidach lub halogendziach persovskitach, hybrydowym materiale wykonanym z organicznych składników dodatnich, takich jak kationy metyloamoniowe i nieorganiczne sole metali, takie jak jodek ołowiowy. Specjalny skład materiału i struktura zasadniczo różnią się od tradycyjnych silikonowych ogniw słonecznych i czyni go obiecującym kandydatem na przyszłość energii słonecznej.
Funkcjonalność ogniw słonecznych Perovskit opiera się na jej doskonałej zdolności do przekształcania światła słonecznego w energię elektryczną. Naukowcy z Jülich Research Center odkryli, że bezpłatne nośniki ładowania w ogniwach słonecznych Perovskit są prawdopodobnie chronione przed rozpadem poprzez nowe pomiary fotoluminescencji, które mogą być istotnym powodem ich wysokiej wydajności. Żywotność przewoźników obciążenia wzbudzonego w materiale jest decydującym czynnikiem wydajności tych ogniw słonecznych, ponieważ określają, jak długo można zachować elektrony uwalniane przez światło i mogą przyczynić się do wytwarzania energii elektrycznej.
W ostatnich latach rozwój technologiczny tych ogniw słonecznych poczynił imponujący postęp. Podczas gdy pierwsze ogniwa słoneczne Perowskit nadal miały niewielką wydajność tylko 4 procent, najnowsze modele regularnie osiągają wydajność ponad 20 procent. Instytut Fraunhofera osiągnął nawet rekord 31,6 procent, podczas gdy niemiecka firma Qcells osiągnęła wydajność 28,6 procent.
Zalety przezroczystych ogniw słonecznych Perovsky
Najbardziej wybitną właściwością ogniw słonecznych Perovskit w porównaniu z konwencjonalnymi modułami krzemu jest ich potencjalna przezroczystość o wysokiej wydajności. Ta nieruchomość otwiera zupełnie nowe aplikacje, szczególnie w obszarze zintegrowanych fotowoltaików. Przezroczyste lub półprzewodnikowe ogniwa słoneczne można zintegrować z obszarami okien, które nie tylko pozostawiają budynki, ale także mogą wytwarzać energię elektryczną.
Stopień przejrzystości można dostosować podczas procesu produkcyjnego w zależności od żądania, w którym należy zauważyć, że wydajność konwersji energii maleje wraz ze wzrostem przezroczystości. Najwyższa zmierzona wydajność konwersji w przezroczystych wersjach wynosi obecnie 17,9 procent. W ramach imponującego projektu badawczego wykazano, że kombinacja technologii może przekształcić energię słoneczną o wydajności 14 procent przy średnim stopniu transakcji światła ponad 55 procent. W połowie przenoszenia UV-Perowskitzellen osiągają nawet wydajność ponad 10 procent przy stopniu transakcji światła około 60 procent.
Oprócz ich przezroczystości ogniwa słoneczne Perovskit charakteryzują się dalszymi niezwykłymi zaletami. Są one stosunkowo niedrogie i łatwe w produkcji, podobnie jak cienkowarstwowe moduły słoneczne. Produkcja jest znacznie mniej energochłonna w porównaniu z krzemionem, ponieważ Perowsian można wytwarzać przy użyciu prostych, skalowalnych metod, takich jak techniki drukowania roll-roll. Ponadto wymagane surowce są zwykle obfite, co utrzymuje niskie koszty materiału.
Kolejną decydującą zaletą jest lekkość i elastyczność ogniw słonecznych Perovsky. Można je zastosować do różnych substratów jako warstwa cienkiej opłatek, która znacznie rozszerza ich zastosowania. Ta nieruchomość umożliwia innowacyjne aplikacje w urządzeniach przenośnych, pojazdach lub zintegrowanych rozwiązaniach fotowoltaicznych, takich jak moduły słoneczne lub moduły fasady.
Innowacyjne zastosowania w integracji budynków
Możliwość sprawowania przezroczystego ogniwa słonecznego Perovskit sprawia, że jest to szczególnie atrakcyjne dla zintegrowanego w budynku fotowoltaicznym (BIPV), w którym ogniwa słoneczne zastępują klasyczne materiały budowlane, takie jak Windows. Osadzanie perowskiego między szklanymi paneczami umożliwia ogniwom słonecznym służyć jako faktyczna fasada i ściana budynku, jednocześnie generując energię elektryczną do użytku na miejscu lub karmienie w sieci.
Betonowy przykład tego innowacyjnego zastosowania przedstawił Holdings Panasonic, który prezentował półprzezroczyste szklane balustrady z ogniw słonecznych Perovsky na balkonie modelu domu na południe od Tokio. Prototypy te pokazują potencjał zintegrowania technologii Perovskit z codziennymi elementami budowania. Fizyk z Lipsku opracowali również przezroczystą ogniwo słoneczne, które można odparować bezpośrednio do okienka, a tym samym może zamienić całe fasady w elektrownie.
Rozwój w dziedzinie termochromu lub „inteligentnych” okien jest szczególnie spoglądający do przodu. Naukowcy z University of California w Berkeley rozwinęli funkcjonalne rozszerzenie w fotowoltaiczne aktywne okno, które zmienia jego kolor i przejrzystość, gdy temperatura zmienia się i może wytwarzać energię elektryczną w zaciemnionym stanie. Odwracalna zmiana w kolorowe okno słoneczne oparte jest na fazowej zmianie warstwy wafl-cienki.
W stanie przezroczystym kryształy perowskit są dostępne w strukturze sześciennej i są w dużej mierze przezroczyste, a w temperaturze około 105 stopni celsjusza przechodzą w mniej przezroczystą, ale fotowoltaiczną strukturę krystaliczną. Blokuje to około dwóch trzecich światła widzialnego i osiąga wydajność siedem procent. Ochłodzona do temperatury pokojowej i wystawiona na wilgoć, ta zmiana fazy można odwrócić, a okno będzie ponownie przezroczyste.
Nadaje się do:
Właściwości termochromowe dla budynków zoptymalizowanych klimatycznie
Właściwości termochromu okien opartych na Perovskit mogą wnieść znaczący wkład w efektywność energetyczną budynków. Podobnie jak samozwańcze okulary przeciwsłoneczne, okna te mogą zmienić kolor, gdy zmieniają się temperatura, temperatura - w przeciwieństwie do intensywności światła w przypadku okularów przeciwsłonecznych - jest decydującym czynnikiem. W miarę wzrostu temperatury przezroczysty kolor krążka staje się stopniowo żółty, pomarańczowy, czerwony lub brązowy. Im gorętszy, tym ciemniejszy staje się szkło, co oznacza, że pomieszczenie można schłodzić automatycznie i bez użycia klimatyzacji.
Mechanizm ten może znacznie przyczynić się do zmniejszenia zapotrzebowania na energię w zakresie ogrzewania i chłodzenia. W związku z faktem, że ogrzewanie i gorąca woda w Austrii są odpowiedzialne za 25 procent emisji CO2 i, zgodnie z badaniem przeprowadzonym przez University of Birmingham, liczba urządzeń chłodzących na całym świecie powinna być czterokrotnie do 14 miliardów razy do 2050 r., Takie inteligentne roztwory okienne mogą przyczynić się do ochrony klimatu.
Wyzwania i rozwiązania
Pomimo obiecujących właściwości, ogniwa słoneczne Perovskit stoją przed pewnymi wyzwaniami, które do tej pory ograniczyły ich szerokie zastosowanie komercyjne. Głównym problemem jest jego stabilność w rzeczywistych warunkach środowiskowych. Kryształy Perowskit mają tendencję do stawania się niezorganizowanego i wadliwego, co może prowadzić do problemów ze stabilnością. Nie docierasz jeszcze do długowieczności silikonowych ogniw słonecznych i jesteś wrażliwy na wilgoć, światło i ciepło. Istnieje znaczna wada w niższej odporności na pogodę, ponieważ materiał może rozkładać się w ekstremalnych warunkach pogodowych.
Jednak badania poczyniły już znaczne postępy w przezwyciężeniu tych wyzwań. Na przykład Panasonic udało się stworzyć bardziej chemicznie stabilny wariant materiału i chronić go przed warunkami pogodowymi za pomocą podwójnego szkła. przełom w badaniach nad modułami słonecznymi Perowskit we współpracy z University of Cypr . W dwuletnim badaniu na zewnątrz na Cyprze wykryto długoterminową stabilność modułów mini-perowskiego, które po roku na zewnątrz osiągnęły imponującą efektywność energetyczną 78 procent-wartość prądu Perovsky Solar może często utrzymywać tylko przez kilka tygodni.
Poczyniono również postępy w recyklingu. Naukowcy ze Szwecji opracowali metodę całkowicie i przyjaznych dla środowiska ogniw słonecznych. Zamiast używać toksycznego formamidu dimetylowego podczas demontażu komórek, zespół wykorzystuje wodę jako rozpuszczalnik do zmniejszenia rozpadu się perowskitu. Wszystkie części można następnie ponownie wykorzystać w nowym ogniwie słonecznym Perowskit bez upośledzenia wydajności-recykling ogniwa słonecznego ma taką samą wydajność jak oryginał.
Nadal istnieją szczególne wyzwania dla termochromowych okien słonecznych. Stosunkowo wysoka temperatura zmiany fazy wynosząca nieco ponad 100 stopni Celsjusz musiałby zostać zmniejszona do praktycznych zastosowań. Ponadto wilgoć niezbędna do odwracalnego przełączania może wpłynąć na stabilność warstw Perowskit na dłuższą metę. Ponieważ jednak skład materiałów Perovskit może być znacznie zróżnicowany, mieszaniny materiałowe można znaleźć w innych badaniach bez tych wad i wzrosła wydajność.
Potencjał rynkowy i przyszłe perspektywy
Połączenie elastyczności, korzyści kosztów i wyjątkowej wydajności sprawiają, że Perowskit Solar Błąki słoneczne jest nadzieją na przejście energii. Badacze rynku Idteechex przewidują, że rynek Perovskit Photovoltaics osiągnie roczny wolumen sprzedaży w wysokości prawie 12 miliardów dolarów do 2035 r. W przyszłości technologia ta może zastąpić moduły na bazie krzemu jako dominującą technologię fotowoltaiki.
Połączenie Perovsky'ego z krzemionem w komórkach tandemowych wydaje się szczególnie obiecujące, co może osiągnąć wydajność do 43 procent-wyraźnie postęp w porównaniu z modułami czystymi krzemowymi. Materiały Perovskit mogą być specjalnie dostosowane do efektywnego wykorzystania różnych długości fali światła słonecznego: podczas gdy Perovskit jest lepiej wchłonięty krótkoterminowy (niebieski) światło, silikonowe wyniki w obszarze długiej fali (czerwonej).
W przypadku zintegrowania z budynkiem fotowoltaiki przezroczyste ogniwa słoneczne Perovskit otwierają zupełnie nowe perspektywy. Aby jak najszybciej zastąpić pasywne okna na okna wytwarzające energię elektryczną, naukowcy pracują nad optymalizacją wydajności technologii i promowanie dojrzałości rynkowej przezroczyste komórki PV. Jeśli możliwe jest przezwyciężenie wciąż istniejących wyzwań dotyczących stabilności i trwałości, okna słoneczne oparte na Perovskit mogą wnieść znaczący wkład w zdecentralizowane wytwarzanie energii w przestrzeniach miejskich w najbliższej przyszłości.
Miejskie przejście energii: okna generujące energię z technologią Perovskit
Perowskit Solar ogniwa, szczególnie w ich przezroczystym wykonywaniu aplikacji okiennych , stanowią obiecującą technologię dla przyszłości fotowoltaiki. Możliwość przekształcenia budynków i okien w generatory energii bez wpływu na ich podstawową funkcję może przynieść decydujący wkład w przejście energii w pomieszczeniach miejskich.
Niedawne postępy w poprawie stabilności i długowieczności tych komórek w rzeczywistych warunkach środowiskowych są zachęcające i utorują drogę do szerszego zastosowania komercyjnego. Właściwości termochromu niektórych okien opartych na Perovskit wydają się szczególnie innowacyjne, które nie tylko wytwarzają energię elektryczną, ale mogą również przyczyniać się do efektywności energetycznej budynków poprzez dostosowanie ich przezroczystości.
Chociaż nadal istnieją pewne wyzwania, szybki rozwój technologii Perovsky w ostatnich latach wskazuje, że przezroczyste ogniwa słoneczne o wysokiej wydajności mogą wkrótce odgrywać ważną rolę w architekturze i zaopatrzeniu na energię. Przyszłość budowy może zostać zmieniona zrównoważona przez tę innowacyjną technologię - z budynkami, których okna i fasady są nie tylko atrakcyjne estetycznie, ale także aktywnie przyczyniają się do zaopatrzenia w energię.
Nadaje się do:
Twój globalny partner w zakresie marketingu i rozwoju biznesu
☑️Naszym językiem biznesowym jest angielski lub niemiecki
☑️ NOWOŚĆ: Korespondencja w Twoim języku narodowym!
Konrada Wolfensteina
Chętnie będę służyć Tobie i mojemu zespołowi jako osobisty doradca.
Możesz się ze mną skontaktować wypełniając formularz kontaktowy lub po prostu dzwoniąc pod numer +49 89 89 674 804 (Monachium) . Mój adres e-mail to: wolfenstein ∂ xpert.digital
Nie mogę się doczekać naszego wspólnego projektu.
