Publicado em: 8 de março de 2025 / atualização de: 8 de março de 2025 - Autor: Konrad Wolfenstein
Células solares de Perowskit: o potencial de fotovoltaicos transparentes para edifícios modernos e projetos fotovoltaicos-imagens: xpert.digital
Transição de energia transparente: geração de eletricidade através da tecnologia inovadora de janelas
Células solares Perowskit: os futuros fabricantes de janelas inteligentes
O desenvolvimento de células solares transparentes com alta eficiência abre novas perspectivas para a integração de fotovoltaicos em edifícios. As células solares de Perowskit, em particular, surgiram como candidato promissor para essa aplicação nos últimos anos. Com a eficiência de até 31,6 %, a possibilidade de versões transparentes e produção barata pode revolucionar o uso de energia solar. Os resultados atuais da pesquisa mostram que a estabilidade anteriormente problemática dessas células pode ser significativamente melhorada. As aplicações como painéis de janelas inteligentes que não apenas geram eletricidade, mas também podem adaptar sua transparência às condições ambientais, estão à frente.
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Fundamentos da tecnologia solar Perowskit
As células solares perovskit representam um desenvolvimento relativamente novo nos fotovoltaicos, que só é pesquisado intensamente desde 2009. Eles devem seus nomes ao mineral perowskit, cuja estrutura cristalina característica eles têm. Essas células solares são baseadas nos chamados persovskitas halid ou halogenídeos, um material híbrido feito de componentes positivos orgânicos, como cátions de metilamônio e sais de metal inorgânico, como iodeto de chumbo. A composição e estrutura de materiais especiais diferem fundamentalmente das células solares tradicionais de silício e o tornam um candidato promissor para o futuro da energia solar.
A funcionalidade das células solares perovskit é baseada em sua excelente capacidade de converter a luz solar em energia elétrica. Cientistas do Jülich Research Center descobriram que portadores de carregamento gratuitos nas células solares de perovskit são presumivelmente protegidas da desintegração através de novas medições de fotoluminescência, o que pode ser uma razão essencial para sua alta eficiência. A vida útil dos portadores de carga excitada no material é um fator decisivo para a eficiência dessas células solares, uma vez que determinam quanto tempo os elétrons liberados pela luz podem ser preservados e podem contribuir para a geração de eletricidade.
Nos últimos anos, o desenvolvimento tecnológico dessas células solares fez um progresso impressionante. Enquanto as primeiras células solares de Perowskit ainda tiveram uma eficiência modesta de apenas 4 %, os modelos mais recentes alcançam regularmente a eficiência de mais de 20 %. O Instituto Fraunhofer chegou a alcançar um recorde de 31,6 %, enquanto a empresa alemã QCells alcançou uma eficiência de 28,6 %.
Vantagens de células solares transparentes perovsky
A propriedade mais destacada das células solares de perovskit em comparação aos módulos de silício convencionais é sua transparência potencial com alta eficiência. Esta propriedade abre aplicações completamente novas, especialmente na área de fotovoltaicas integradas para o edifício. As células solares transparentes ou semi -transparentes podem ser integradas às áreas de janela, que não apenas deixam os edifícios, mas também podem gerar eletricidade.
O grau de transparência pode ser ajustado durante o processo de fabricação, dependendo da solicitação, por que se deve notar que a eficiência da conversão de energia diminui com o aumento da transparência. Atualmente, a maior eficiência de conversão medida em versões transparentes é de 17,9 %. Como parte do impressionante projeto de pesquisa , foi demonstrado que uma combinação de tecnologias pode converter energia solar com uma eficiência de 14 % com um grau médio de transação leve de mais de 55 %. Meio-transparente UV-Perowskitzellen atinge até uma eficiência de mais de 10 % com um grau de transação leve de cerca de 60 %.
Além de sua transparência, as células solares perovskit são caracterizadas por vantagens adicionais. Eles são relativamente baratos e fáceis de fabricar, semelhantes aos módulos solares de camada fina. A fabricação é muito menos intensiva em energia em comparação com o silício, pois a Perowsian pode ser produzida usando métodos simples e escaláveis, como técnicas de impressão roll-to-roll. Além disso, as matérias -primas necessárias são geralmente abundantes, o que mantém os custos de material baixos.
Outra vantagem decisiva é a leveza e flexibilidade das células solares perovsky. Eles podem ser aplicados a diferentes substratos como uma camada de wafer -thin, que expande significativamente seus usos. Essa propriedade permite aplicações inovadoras em dispositivos portáteis, veículos ou criação de soluções fotovoltaicas integradas, como janelas solares ou módulos de fachada.
Aplicações inovadoras na integração de construção
A possibilidade de tornar as células solares perovskit transparentes o torna particularmente atraente para o fotovoltaico integrado ao edifício (BIPV), no qual as células solares substituem materiais clássicos de construção, como janelas. A incorporação do perovskit entre painéis de vidro permite que as células solares sirvam como fachada e parede de um edifício, e ao mesmo tempo que geram eletricidade para uso no local ou se alimentando da rede.
Um exemplo concreto dessa aplicação inovadora apresentou a Panasonic Holdings, que apresentava balaustradas de vidro semi-transparentes com células solares perovsky na varanda de uma casa modelo ao sul de Tóquio. Esses protótipos demonstram o potencial de integrar a tecnologia Perovskit nos elementos cotidianos de construção. Os físicos de Leipzig também desenvolveram uma célula solar transparente que pode ser evaporada diretamente para um painel de janela e, portanto, poderia transformar fachadas inteiras em usinas de energia.
Desenvolvimentos no campo das janelas termocrômicas ou "inteligentes" estão particularmente prospectivas. Cientistas da Universidade da Califórnia em Berkeley desenvolveram uma extensão funcional em uma janela ativa fotovoltaica, que muda sua cor e transparência quando a temperatura muda e pode gerar eletricidade no estado escuro. A mudança reversível para uma janela solar colorida é baseada em uma mudança de fase de camadas de perovskit finas.
No estado transparente, os cristais de perovskit estão disponíveis em uma estrutura cúbica e são amplamente transparentes, enquanto a uma temperatura de cerca de 105 graus Celsius passam para uma estrutura cristalina menos transparente, mas fotovoltaica. Isso bloqueia cerca de dois terços da luz visível e alcança uma eficiência de sete por cento. Resfriado até a temperatura ambiente e exposto a alguma umidade, essa mudança de fase pode ser revertida e a janela será transparente novamente.
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Propriedades do termocromo para edifícios otimizados do clima
As propriedades do termocromo das janelas baseadas em perovskit podem dar uma contribuição significativa à eficiência energética dos edifícios. Semelhante aos óculos de sol auto -titizadores, essas janelas podem mudar sua cor quando a temperatura mudar, a temperatura - em contraste com a intensidade da luz no caso de óculos de sol - é o fator decisivo. À medida que a temperatura aumenta, a cor do disco transparente fica gradualmente amarela, laranja, vermelha ou marrom. Quanto mais quente fica, mais escuro o vidro se torna, o que significa que a sala pode ser resfriada automaticamente e sem usar o ar condicionado.
Esse mecanismo pode contribuir significativamente para reduzir o requisito de energia para aquecimento e resfriamento. Em vista do fato de que o aquecimento e a água quente na Áustria são responsáveis por 25 % das emissões de CO2 e, de acordo com um estudo da Universidade de Birmingham, o número de dispositivos de resfriamento em todo o mundo deve quadruplicar 14 bilhões de vezes em 2050, essas soluções de janelas intensas poderiam fazer uma importante contribuição para a proteção climática.
Desafios e soluções
Apesar das propriedades promissoras, as células solares perovskit enfrentam alguns desafios que até agora restringiram sua ampla aplicação comercial. Um problema principal é sua estabilidade em condições ambientais reais. Os cristais de Perowskit tendem a ficar desorganizados e defeituosos, o que pode levar a problemas de estabilidade. Você ainda não atinge a longevidade das células solares de silício e é sensível à umidade, luz e calor. Há uma desvantagem significativa na menor resistência climática, pois o material pode se decompor em condições climáticas extremas.
No entanto, a pesquisa já fez um progresso significativo para superar esses desafios. Por exemplo, a Panasonic conseguiu produzir uma variante quimicamente estável do material e protegê -lo das condições climáticas usando vidro duplo. avanço em pesquisas sobre módulos solares de Perowskit em cooperação com a Universidade de Chipre . Em um estudo de dois anos ao ar livre em Chipre, foi detectada a estabilidade a longo prazo dos módulos mini-perovskit, que após um ano ao ar livre alcançou uma eficiência energética impressionante de 78 %-um valor que os módulos solares perovsky atuais podem manter apenas por algumas semanas.
Também foi feito progresso na área de reciclagem. Pesquisadores da Suécia desenvolveram um método para células solares perovsky completa e ambientalmente amigáveis. Em vez de usar a formamida tóxica de dimetil ao desmontar as células, a equipe usa a água como solvente para reduzir a perovskita desintegrada. Todas as peças podem ser reutilizadas em uma nova célula solar Perowskit sem prejudicar o desempenho-a célula solar reciclada tem a mesma eficiência que a original.
Ainda existem desafios específicos para janelas solares termocromáticas. A temperatura de mudança de fase relativamente alta de pouco mais de 100 graus Celsius teria que ser reduzida para aplicações práticas. Além disso, a umidade necessária para a comutação reversível pode afetar a estabilidade das camadas perowskit a longo prazo. No entanto, como a composição dos materiais de perovskit pode variar bastante, as misturas de materiais podem ser encontradas em outros estudos sem essas desvantagens e a eficiência aumentou.
Potencial de mercado e perspectivas futuras
A combinação de flexibilidade, vantagens de custo e eficiência pendente faz com que as células solares de Perowskit uma esperança da transição energética. Pesquisadores de mercado da Idteechex prevêem que o mercado da Perovskit Photovoltaics atingirá um volume anual de vendas de quase US $ 12 bilhões até 2035. No futuro, essa tecnologia poderá substituir os módulos baseados em silício como uma tecnologia dominante da fotovoltaica.
A combinação de perovsky com silício em células em tandem parece particularmente promissor, o que pode alcançar a eficiência de até 43 %-um progresso claro em comparação com os módulos de silício puros. Os materiais de perovskit podem ser especialmente adaptados para usar diferentes comprimentos de onda da luz solar com eficiência: enquanto o perovskit é melhor absorvido a ondas curtas (azul), pontuações de silício na área de onda longa (vermelha).
Para as células solares de perovskit fotovoltaicas e transparentes integradas do edifício, abrem perspectivas completamente novas. Para substituir as janelas passivas o mais rápido possível pelas janelas produtoras de eletricidade, os pesquisadores estão trabalhando para otimizar o desempenho das tecnologias e promover a maturidade do mercado das células PV transparentes. Se for possível superar os desafios ainda existentes em relação à estabilidade e durabilidade, as janelas solares baseadas em perovskit podem fazer uma contribuição significativa para a geração de energia descentralizada em espaços urbanos em um futuro próximo.
Transição de energia urbana: janelas geradoras de energia com tecnologia perovskit
As células solares de Perowskit, especialmente em sua execução transparente para aplicações de janelas , representam uma tecnologia promissora para o futuro dos fotovoltaicos. A possibilidade de transformar edifícios e janelas em geradores de energia sem afetar sua função principal pode fazer uma contribuição decisiva para a transição energética nas salas urbanas.
O recente progresso na melhoria da estabilidade e longevidade dessas células em condições ambientais reais é encorajador e abrir caminho para uma aplicação comercial mais ampla. As propriedades do termocromo de algumas janelas baseadas em perovskit parecem particularmente inovadoras que não apenas geram eletricidade, mas também podem contribuir para a eficiência energética dos edifícios, adaptando sua transparência.
Embora ainda existam alguns desafios, o rápido desenvolvimento da tecnologia Perovsky nos últimos anos indica que células solares transparentes com alta eficiência poderão em breve desempenhar um papel importante na arquitetura e no fornecimento de energia. O futuro da construção pode ser alterado de forma sustentável por essa tecnologia inovadora - com edifícios cujas janelas e fachadas não são apenas esteticamente atraentes, mas também contribuem ativamente para o fornecimento de energia.
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