Publicerad: 8 mars 2025 / UPDATE Från: 8 mars 2025 - Författare: Konrad Wolfenstein
Perowskit solceller: potentialen för transparent fotovoltaik för moderna byggnader och PV-projekt-bild: Xpert.digital
Transparent energiövergång: Elproduktion genom innovativ fönsterteknologi
Perowskit solceller: de framtida tillverkarna för intelligenta fönster
Utvecklingen av transparenta solceller med hög effektivitet öppnar nya perspektiv för integration av fotovoltaik i byggnader. Särskilt Perowskit -solceller har framkommit som en lovande kandidat för denna ansökan under de senaste åren. Med en effektivitet på upp till 31,6 procent kan möjligheten till transparenta versioner och billig produktion revolutionera solenergianvändningen. Nuvarande forskningsresultat visar att den tidigare problematiska stabiliteten hos dessa celler skulle kunna förbättras avsevärt. Tillämpningar som intelligenta fönsterrutor som inte bara genererar el, utan också kan också anpassa sin transparens till miljöförhållandena är framåt.
Lämplig för detta:
Grunder i Perowskit Solar Technology
Perovskit solceller representerar en relativt ny utveckling inom fotovoltaik, som endast har undersökts intensivt sedan 2009. De är skyldiga sina namn till mineralperowskit, vars karakteristiska kristallstruktur de har. Dessa solceller är baserade på så kallade halid- eller halogenidpersovskiter, ett hybridmaterial tillverkat av organiska positiva komponenter såsom metylammoniumkatjoner och oorganiska metallsalter såsom blyjodid. Den speciella materialkompositionen och strukturen skiljer sig grundläggande från traditionella kiselceller och gör det till en lovande kandidat för solenergiets framtid.
Funktionen hos de perovskit solcellerna är baserad på dess utmärkta förmåga att omvandla solljus till elektrisk energi. Forskare från Jülich Research Center har fått reda på att fria laddningsbärare i Perovskit solceller förmodligen skyddas från sönderfall genom nya fotoluminescensmätningar, vilket kan vara en väsentlig orsak till deras höga effektivitet. Livslängden för upphetsade lastbärare i materialet är en avgörande faktor för effektiviteten hos dessa solceller, eftersom de avgör hur länge de elektroner som frisätts av ljus kan bevaras och kan bidra till elproduktion.
Under de senaste åren har den tekniska utvecklingen av dessa solceller gjort imponerande framsteg. Medan de första Perowskit -solcellerna fortfarande hade en blygsam effektivitet på endast 4 procent, uppnår de senaste modellerna regelbundet effektivitet på mer än 20 procent. Fraunhofer Institute uppnådde till och med rekord 31,6 procent, medan det tyska företaget Qcells uppnådde en effektivitet på 28,6 procent.
Fördelar med transparenta perovsky solceller
Den mest framstående egenskapen hos Perovskit solceller jämfört med konventionella kiselmoduler är deras potentiella transparens med hög effektivitet. Den här egenskapen öppnar helt nya applikationer, särskilt inom området byggnadsintegrerade fotovoltaik. Transparent eller halvtransparenta solceller kan integreras i fönsterområden, som inte bara lämnar byggnader i, utan också kan generera el.
Graden av transparens kan justeras under tillverkningsprocessen beroende på begäran, varigenom det bör noteras att effektiviteten för energikonvertering minskar med ökande transparens. Den högsta uppmätta konverteringseffektiviteten i transparenta versioner är för närvarande 17,9 procent. Som en del av det imponerande forskningsprojektet visades det att en kombination av teknik kan konvertera solenergi med en effektivitet på 14 procent med en genomsnittlig lätt transaktionsgrad på mer än 55 procent. Halvtransparent UV-Perowskitzellen uppnår till och med en effektivitet på mer än 10 procent med en lätt transaktionsgrad på cirka 60 procent.
Förutom deras transparens kännetecknas Perovskit solceller av ytterligare anmärkningsvärda fördelar. De är relativt billiga och enkla att tillverka, liknande tunnskiktssolmoduler. Tillverkningen är mycket mindre energikrävande jämfört med kisel, eftersom Perowsian kan produceras med enkla, skalbara metoder såsom rull-till-roll-trycktekniker. Dessutom är de råvaror som krävs vanligtvis rikligt, vilket håller materialkostnaderna låga.
En annan avgörande fördel är lättheten och flexibiliteten hos de perovsky solcellerna. De kan appliceras på olika substrat som ett skiva -tunnskikt, som avsevärt utvidgar deras användningar. Den här egenskapen möjliggör innovativa applikationer i bärbara enheter, fordon eller byggnadsintegrerade fotovoltaiska lösningar som solfönster eller fasadmoduler.
Innovativa applikationer för att bygga integration
Möjligheten att göra perovskit solceller transparent gör det särskilt attraktivt för den byggnadsintegrerade fotovoltaiska (BIPV), där solceller ersätter klassiska byggnadsmaterial som fönster. Inbäddningen av perovskiten mellan glasrutor gör det möjligt för solcellerna att fungera som den faktiska fasaden och väggen i en byggnad, samtidigt som man genererar elektricitet för användning på plats eller matning på nätverket.
Ett konkret exempel på denna innovativa applikation presenterade Panasonic Holdings, som presenterade halvtransparent glasbalustrader med Perovsky solceller på balkongen i ett modellhus söder om Tokyo. Dessa prototyper visar potentialen att integrera perovskit -teknik i vardagliga byggnadselement. Leipzig -fysiker har också utvecklat en transparent solcell som kan indunstas direkt till en fönsterruta och därmed kan förvandla hela fasader till kraftverk.
Utvecklingen inom området termokrom eller "smarta" fönster är särskilt framåt. Forskare vid University of California i Berkeley har utvecklat en funktionell förlängning till ett fotovoltaiskt aktivt fönster, som ändrar sin färg och transparens när temperaturen förändras och kan generera elektricitet i det mörkare tillståndet. Den reversibla förändringen till ett färgat solfönster är baserad på en fasförändring av skivtunna perovskitskikt.
I det transparenta tillståndet finns perovskitkristallerna tillgängliga i en kubisk struktur och är till stor del transparent, medan de vid en temperatur av cirka 105 grader Celsius passerar in i en mindre transparent men fotovoltaisk kristallstruktur. Detta blockerar ungefär två tredjedelar av det synliga ljuset och uppnår en effektivitet på sju procent. Kyls upp till rumstemperatur och utsätts för viss fukt, kan denna fasförändring vändas och fönstret kommer att vara transparent igen.
Lämplig för detta:
Termokromegenskaper för klimatoptimerade byggnader
De termokroma egenskaperna hos perovskitbaserade fönster kan ge ett betydande bidrag till byggnadens energieffektivitet. I likhet med självtintande solglasögon kan dessa fönster ändra färg när temperaturen förändras, temperaturen - i motsats till ljusintensiteten i händelse av solglasögon - är den avgörande faktorn. När temperaturen stiger blir den transparenta skivfärgen gradvis gul, orange, röd eller brun. Ju varmare det blir, desto mörkare blir glaset, vilket innebär att rummet kan kylas automatiskt och utan att använda luftkonditionering.
Denna mekanism kan bidra avsevärt för att minska energibehovet för uppvärmning och kylning. Med tanke på det faktum att uppvärmning och varmt vatten i Österrike är ansvariga för 25 procent av koldioxidutsläppen och enligt en studie från University of Birmingham bör antalet kylanordningar över hela världen fyrdubbla till 14 miljarder gånger år 2050 kan sådana intelligenta fönsterlösningar ge ett viktigt bidrag till klimatskyddet.
Utmaningar och lösningar
Trots de lovande egenskaperna står Perovskit solceller inför vissa utmaningar som hittills har begränsat sin breda kommersiella tillämpning. Ett huvudproblem är dess stabilitet under verkliga miljöförhållanden. Perowskit -kristaller tenderar att bli oorganiserade och defekta, vilket kan leda till stabilitetsproblem. Du når ännu inte livslängden hos kiselceller och är känslig för fukt, ljus och värme. Det finns en betydande nackdel i det lägre vädermotståndet, eftersom materialet kan sönderdelas under extrema väderförhållanden.
Men forskning har redan gjort betydande framsteg när det gäller att övervinna dessa utmaningar. Till exempel har Panasonic lyckats producera en mer kemiskt stabil variant av materialet och skydda det från väderförhållanden genom att använda dubbelglas. genombrott i forskning om Perowskit Solar -moduler i samarbete med University of Cypern . I en tvåårig studie utomhus på Cypern upptäcktes den långsiktiga stabiliteten hos mini-perovskit-moduler, som efter ett år utomhus uppnådde en imponerande energieffektivitet på 78 procent-ett värde som nuvarande Perovsky solmoduler ofta bara kan upprätthålla under några veckor.
Framsteg har också gjorts inom återvinningsområdet. Forskare från Sverige har utvecklat en metod till helt och miljövänliga Perovsky solceller. Istället för att använda den toxiska dimetylformamiden när man demonterar cellerna använder teamet vatten som ett lösningsmedel för att minska den smulade perovskiten. Alla delar kan sedan återanvändas i en ny Perowskit-solcell utan att försämra prestandan-återvunna solcellen har samma effektivitet som originalet.
Det finns fortfarande specifika utmaningar för termokrom solfönster. Den relativt höga fasförändringstemperaturen på drygt 100 grader Celsius måste minskas för praktiska tillämpningar. Dessutom kan den fukt som är nödvändig för reversibel växling påverka stabiliteten i perowskitskikten på lång sikt. Eftersom sammansättningen av perovskitmaterial kan varieras mycket, kunde materialblandningar hittas i andra studier utan dessa nackdelar och effektiviteten ökade.
Marknadspotential och framtidsutsikter
Kombinationen av flexibilitet, kostnadsfördelar och enastående effektivitet gör perowskit solceller till ett hopp om energiövergången. Marknadsforskare från Idteechex förutspår att marknaden för Perovskit Photovoltaics kommer att nå en årlig försäljningsvolym på nästan 12 miljarder dollar år 2035. I framtiden kan denna teknik ersätta kiselbaserade moduler som en dominerande teknik för fotovoltaik.
Kombinationen av perovsky med kisel i tandemceller verkar särskilt lovande, vilket kan uppnå effektivitet på upp till 43 procent-en tydlig framsteg jämfört med rena kiselmoduler. Perovskit-material kan anpassas speciellt för att använda olika våglängder i solljuset effektivt: medan Perovskit absorberas bättre kortvåg (blå) ljus, kiselpoäng i det långvågs (röda) området.
För de byggnadsintegrerade fotovoltaiska, transparenta perovskit solcellerna öppnar helt nya perspektiv. För att ersätta passiva fönster så snabbt som möjligt med elproducerande fönster arbetar forskare med att optimera teknologiens prestanda och främja marknadsmognaden för de transparenta PV-cellerna. Om det är möjligt att övervinna de fortfarande befintliga utmaningarna när det gäller stabilitet och hållbarhet, kan Perovskit-baserade solfönster ge ett betydande bidrag till decentraliserad energiproduktion i stadsutrymmen inom en snar framtid.
Urban Energy Transition: Power Genererande fönster med Perovskit-teknik
Perowskit solceller, särskilt i deras transparenta exekvering för fönsterapplikationer , representerar en lovande teknik för fotovoltaikens framtid. Med sin kombination av hög effektivitet, transparens, låga tillverkningskostnader och flexibilitet erbjuder de betydande fördelar jämfört med konventionella kiselceller. Möjligheten att omvandla byggnader och fönster till kraftgeneratorer utan att påverka deras primära funktion kan ge ett avgörande bidrag till energiövergången i stadsrum.
De senaste framstegen när det gäller att förbättra stabiliteten och livslängden hos dessa celler under verkliga miljöförhållanden är uppmuntrande och banar vägen för en bredare kommersiell tillämpning. Termokromegenskaperna hos vissa perovskitbaserade fönster verkar särskilt innovativa som inte bara genererar el utan också kan bidra till byggnadens energieffektivitet genom att anpassa deras transparens.
Även om det fortfarande finns några utmaningar, indikerar den snabba utvecklingen av Perovsky -teknik under de senaste åren att transparenta solceller med hög effektivitet snart skulle kunna spela en viktig roll i arkitektur och energiförsörjning. Byggnadens framtid kan förändras på ett hållbart sätt av denna innovativa teknik - med byggnader vars fönster och fasader inte bara är estetiskt tilltalande, utan också aktivt bidra till energiförsörjning.
Lämplig för detta:
Din globala marknadsförings- och affärsutvecklingspartner
☑ Vårt affärsspråk är engelska eller tyska
☑ Nytt: korrespondens på ditt nationella språk!
Konrad Wolfenstein
Jag är glad att vara tillgänglig för dig och mitt team som personlig konsult.
Du kan kontakta mig genom att fylla i kontaktformuläret eller helt enkelt ringa mig på +49 89 674 804 (München) . Min e -postadress är: Wolfenstein ∂ xpert.digital
Jag ser fram emot vårt gemensamma projekt.
