Опубліковано: 8 березня 2025 р. / Оновлення з: 8 березня 2025 р. - Автор: Конрад Вольфенштейн
Сонячні клітини Perowskit: Потенціал прозорої фотоелектрики для сучасних будівель та ПВ-проектів-зображень: xpert.digital
Прозорий перехід енергії: виробництво електроенергії за допомогою інноваційної технології вікон
Сонячні клітини Perowskit: майбутні виробники інтелектуальних вікон
Розвиток прозорих сонячних батарей з високою ефективністю відкриває нові перспективи інтеграції фотоелектрики в будівлі. Зокрема, сонячні клітини Perowskit стали перспективним кандидатом для цього застосування в останні роки. При ефективності до 31,6 відсотка можливість прозорих версій та недорогого виробництва може революціонізувати використання сонячної енергії. Поточні результати досліджень показують, що раніше проблематична стабільність цих клітин може бути значно покращена. Програми як інтелектуальні віконні панелі, які не тільки виробляють електроенергію, але й можуть адаптувати свою прозорість до умов навколишнього середовища, виглядають вперед.
Підходить для цього:
Основи сонячної технології Perowskit
Сонячні клітини Perovskit являють собою відносно новий розвиток у фотоелектриці, яка була досліджена лише інтенсивно з 2009 року. Вони завдячують свої імена мінеральному пероскіту, характерна структура кристалів якої у них є. Ці сонячні клітини засновані на так званих галід-галогенідних персоналітах, гібридному матеріалу, виготовленому з органічних позитивних компонентів, таких як катіони метиламмонію та неорганічні солі металів, такі як йодид свинцю. Спеціальний матеріальний склад та структура принципово відрізняються від традиційних сонячних батарей кремнію і роблять його перспективним кандидатом на майбутнє сонячної енергії.
Функціональність сонячних батарей Perovskit заснована на його відмінній здатності перетворювати сонячне світло в електричну енергію. Вчені з дослідницького центру Юліха з’ясували, що вільні носії зарядки в сонячних батареях Perovskit, імовірно, захищені від дезінтеграції за допомогою нових вимірювань фотолюмінесценції, що може бути важливою причиною їх високої ефективності. Тривалість життя збуджених носіїв навантаження в матеріалі є вирішальним фактором для ефективності цих сонячних батарей, оскільки вони визначають, як довго електрони, що виділяються світлом, можуть бути збереженими і можуть сприяти виробленню електроенергії.
В останні роки технологічний розвиток цих сонячних клітин досяг вражаючого прогресу. Хоча перші сонячні батареї Perowskit все ще мали скромну ефективність лише 4 відсотки, останні моделі регулярно досягають ефективності понад 20 відсотків. Інститут Фраунхофер навіть досяг рекордних 31,6 відсотка, тоді як німецька компанія Qcells досягла ефективності 28,6 відсотка.
Переваги прозорих сонячних батарей Perovsky
Найвидатніша властивість сонячних батарей Perovskit порівняно зі звичайними модулями кремнію - це їх потенційна прозорість з високою ефективністю. Ця властивість відкриває абсолютно нові програми, особливо в області будівлі -інтегрованої фотоелектрики. Прозорі або напівпрозорі сонячні батареї можуть бути інтегровані у ділянки вікон, які не тільки залишають будівлі, але й можуть виробляти електроенергію.
Ступінь прозорості може бути скоригована під час виробничого процесу залежно від запиту, завдяки чому слід зазначити, що ефективність перетворення енергії зменшується зі збільшенням прозорості. Найвища вимірювана ефективність перетворення в прозорих версіях наразі становить 17,9 відсотка. У рамках вражаючого дослідницького проекту було продемонстровано, що комбінація технологій може перетворювати сонячну енергію з ефективністю 14 відсотків із середнім ступенем трансакції світла понад 55 відсотків. Напівпрозорий УФ-Перовскітлен навіть досягає ефективності понад 10 відсотків зі ступенем транзакції світла близько 60 відсотків.
Окрім прозорості, сонячні батареї Perovskit характеризуються подальшими чудовими перевагами. Вони відносно недорогі та прості у виготовленні, подібні до тонкошарових сонячних модулів. Виробництво набагато менш енергоємне порівняно з кремнію, оскільки пероузія може вироблятися за допомогою простих, масштабованих методів, таких як методи друку рулонного ролика. Крім того, необхідна сировина зазвичай багато, що зберігає матеріальні витрати низькими.
Ще однією рішучою перевагою є легкість та гнучкість сонячних батарей Перовського. Вони можуть бути застосовані до різних субстратів як вафельного шару, який значно розширює їх використання. Ця нерухомість забезпечує інноваційні програми в портативних пристроях, транспортних засобах або будівлі інтегрованих фотоелектричних рішень, таких як сонячні вікна або фасадні модулі.
Інноваційні програми в інтеграції
Можливість створення сонячних батарей Perovskit робить його особливо привабливим для інтегрованого будівлі фотоелектричним (BIPV), в якому сонячні батареї замінюють класичні будівельні матеріали, такі як вікна. Вбудовування перовскіта між скляними панелями дозволяє сонячним батареям служити фактичним фасадом та стінкою будівлі, в той же час виробляючи електроенергію для використання на місці або подачі в мережі.
Конкретний приклад цього інноваційного застосування представляв Panasonic Holdings, які представляли напівпрозорі скляні балюстради з перовськими сонячними батареями на балконі модельного будинку на південь від Токіо. Ці прототипи демонструють потенціал інтегрувати технологію Perovskit у щоденні елементи будівництва. Фізики Лейпцига також розробили прозорий сонячний елемент, який можна випарувати безпосередньо на віконну панель і, таким чином, може перетворити цілі фасади на електростанції.
Розробки в галузі термохрому або «розумних» вікон особливо виглядають вперед. Вчені з Каліфорнійського університету в Берклі розробили функціональне розширення у фотоелектричне активне вікно, яке змінює його колір та прозорість, коли температура змінюється і може виробляти електроенергію в затемненому штаті. Оборотна зміна кольорового сонячного вікна заснована на зміні фазової пластини, тонких шарів Perovskit.
У прозорому стані кристали перовскітів доступні в кубічній структурі і значною мірою прозорі, тоді як при температурі близько 105 градусів Цельсія вони переходять у менш прозору, але фотоелектричну кристалічну структуру. Це блокує приблизно дві третини видимого світла і досягає ефективності в сім відсотків. Охолоджується до кімнатної температури та піддається впливу вологи, ця зміна фази може бути зворотна, і вікно знову буде прозорим.
Підходить для цього:
Термохротні властивості для оптимізованих клімату будівель
Термохротні властивості вікон на основі перовскіт можуть внести значний внесок у енергоефективність будівель. Подібно до сонцезахисних окулярів, що визначають себе, ці вікна можуть змінювати свій колір при зміні температури, температура - на відміну від інтенсивності світла у випадку сонцезахисних окулярів - є вирішальним фактором. У міру підвищення температури прозорий колір диска стає поступово жовтим, помаранчевим, червоним або коричневим. Чим гарячіше він стає, тим темніше стає скло, а це означає, що кімнату можна охолонути автоматично і без використання кондиціонування.
Цей механізм може значно сприяти зменшенню енергетичної потреби для нагрівання та охолодження. З огляду на те, що опалення та гаряча вода в Австрії відповідають за 25 відсотків викидів СО2, і, згідно з дослідженням Університету Бірмінгема, кількість пристроїв охолодження у всьому світі повинна в чотири мільярди разів до 2050 року, такі розумні віконні рішення можуть зробити важливий внесок у захист клімату.
Виклики та рішення
Незважаючи на багатообіцяючі властивості, сонячні батареї Perovskit стикаються з деякими проблемами, які поки що обмежили їх широке комерційне застосування. Основна проблема - її стабільність в реальних умовах навколишнього середовища. Кристали Perowskit, як правило, зростають неорганізованими та дефектними, що може призвести до проблем стабільності. Ви ще не досягнете довголіття сонячних батарей кремнію і чутливі до вологи, світла та тепла. Існує значний недолік у нижчій стійкості до погоди, оскільки матеріал може розкладатися в екстремальних погодних умовах.
Однак дослідження вже досягли значного прогресу у подоланні цих викликів. Наприклад, Panasonic вдалося створити більш хімічно стабільний варіант матеріалу та захищати його від погодних умов, використовуючи подвійне скло. прориву в дослідженні сонячних модулів Perowskit у співпраці з Кіпром Університету . У дворічному дослідженні на відкритому повітрі на Кіпрі було виявлено довгострокову стабільність міні-перовскітних модулів, які через рік на відкритому повітрі досягли вражаючої енергоефективності на 78 відсотків-значення поточних сонячних модулів Perovsky часто можуть підтримувати лише кілька тижнів.
Прогрес також досягнуто в галузі переробки. Дослідники зі Швеції розробили метод повністю та екологічно чистих сонячних батарей Perovsky. Замість того, щоб використовувати токсичний диметил формамід під час розбирання клітин, команда використовує воду як розчинник для зменшення розсипаного перовскіту. Потім усі частини можна повторно використати в новому сонячному батареї Perowskit без погіршення продуктивності-перероблена сонячна комірка має таку ж ефективність, як і оригінал.
Досі є конкретні проблеми для сонячних вікон термохрому. Відносно висока температура зміни фаз трохи більше 100 градусів Цельсія повинна бути знижена для практичних застосувань. Крім того, волога, необхідна для оборотного перемикання, може вплинути на стабільність шарів перовскіт у довгостроковій перспективі. Однак, оскільки склад матеріалів Perovskit може бути сильно різноманітним, матеріальні суміші могли бути виявлені в інших дослідженнях без цих недоліків, а ефективність підвищилася.
Ринковий потенціал та майбутні перспективи
Поєднання гнучкості, переваг витрат та видатної ефективності робить сонячні батареї Perowskit надію на енергетичний перехід. Дослідники ринку IDTeechex прогнозують, що ринок фотоелектрики Perovskit досягне щорічного обсягу продажів майже 12 мільярдів доларів до 2035 року. У майбутньому ця технологія може замінити модулі на основі кремнію як домінуючу технологію фотоелектрики.
Поєднання перовського з кремнію в тандемних клітинах виявляється особливо перспективним, що може досягти ефективності до 43 відсотків-чіткого прогресу порівняно з чистими модулями кремнію. Матеріали Perovskit можуть бути спеціально пристосовані для ефективного використання різних довжин хвиль сонячного світла: в той час як Perovskit краще поглинений короткохвильовим (синім) світлом, кремнієвими показниками в довгій хвилі (червоній) області.
Для інтегрованої будівлі фотоелектричні прозорі сонячні батареї Perovskit відкривають абсолютно нові перспективи. Для того, щоб якнайшвидше замінити пасивні вікна на Windows, що виробляють електроенергію, дослідники працюють над оптимізацією продуктивності технологій та сприянням зрілості ринку прозорих ПВ-клітин. Якщо можливо подолати ще існуючі проблеми щодо стабільності та довговічності, сонячні вікна на основі перовскіту можуть внести вагомий внесок у децентралізовану виробництво енергії в міських просторах найближчим часом.
Перехід міської енергії: вікна, що генерує електроенергію за допомогою технології Perovskit
Сонячні клітини Perowskit, особливо у своєму прозорому виконанні для віконних додатків , представляють перспективну технологію для майбутнього фотоелектрики. З їх поєднанням високої ефективності, прозорості, низьких виробничих витрат та гнучкості вони пропонують значні переваги перед звичайними сонячними батареями кремнію. Можливість перетворення будівель та вікон у генератори електроенергії, не впливаючи на їх основну функцію, може зробити рішучий внесок у перехід енергії в міських кімнатах.
Нещодавній прогрес у підвищенні стабільності та довговічності цих клітин в реальних умовах навколишнього середовища заохочує та прокладає шлях до більш широкого комерційного застосування. Термохротні властивості деяких вікон на основі перовскіт виглядають особливо інноваційними, що не тільки виробляють електроенергію, але й можуть сприяти енергоефективності будівель, адаптуючи їх прозорість.
Незважаючи на те, що все ще є певні проблеми, швидкий розвиток технології перовського в останні роки свідчить про те, що прозорі сонячні батареї з високою ефективністю можуть незабаром відігравати важливу роль у архітектурі та енергопостачанні. Майбутнє будівництва може бути змінено цією інноваційною технологією - з будівлями, вікна та фасади яких не тільки естетично привабливі, але й активно сприяють енергопостачанню.
Підходить для цього:
Ваш глобальний партнер з маркетингу та розвитку бізнесу
☑ Наша ділова мова - англійська чи німецька
☑ Нове: листування на вашій національній мові!
Конрад Вольфенштейн
Я радий бути доступним вам та моїй команді як особистого консультанта.
Ви можете зв’язатися зі мною, заповнивши тут контактну форму або просто зателефонуйте мені за номером +49 89 674 804 (Мюнхен) . Моя електронна адреса: Вольфенштейн ∂ xpert.digital
Я з нетерпінням чекаю нашого спільного проекту.
