2024 son células solares de perovskita disponibles comercialmente？

Las células solares de perovskita están ganando impulso como una nueva generación de tecnología fotovoltaica debido a su alta eficiencia y bajo costo de fabricación. Con avances recientes en las células solares en tándem de perovskita, que pueden lograr una eficiencia de más del 30%, el mercado está presenciando un mayor interés en la adopción de estas células. En 2023, la tasa de penetración de las células solares de perovskita en China fue solo de aproximadamente 0.2%, lo que indica una presencia pequeña pero creciente. Sin embargo, es probable que la investigación en curso y las políticas de la industria de apoyo impulsen la adopción en los próximos años.

PEROVSKITE Células solares: definición y clasificación

Las células solares de perovskita son un tipo de célula solar de tercera generación que utiliza semiconductores de haluro orgánicos inorgánicos estructurados con perovskita como materiales que absorben la luz. Estas células a menudo se denominan células solares de nueva generación debido a su estructura única y alta eficiencia. Actualmente, las células solares de perovskita han alcanzado una etapa crucial para la comercialización. Según los datos de 2023, la penetración del mercado de las células solares de perovskita en China fue de aproximadamente 0.2%. A medida que la tecnología continúa evolucionando, se espera que la tasa de adopción de las células solares de perovskita en China crezca en el futuro. Hay dos tipos principales de células solares de perovskita: células solares de perovskitas de un solo unión y tándem. Una celda de un solo unión contiene una estructura simple de "sándwich" de capas de perovskita. En contraste, las células solares en tándem de perovskita pueden apilar múltiples capas de perovskita o combinarlas con células tradicionales a base de silicio para crear una estructura que captura una gama más amplia del espectro solar. Dependiendo de los materiales utilizados, las células en tándem pueden seguir diferentes configuraciones, incluidas las células en tándem de silicio/perovskita, todas las células solares en tándem de perovskita y células tándem de película delgada/perovskita, como CIG/células tándem de perovskita.

Políticas de la industria

En los últimos años, China ha implementado múltiples políticas para fomentar el desarrollo e innovación de la industria de células solares de perovskita. En enero de 2023, el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información, junto con otros cinco departamentos, emitió las "opiniones orientadoras sobre la promoción del desarrollo de la industria de la electrónica de energía", que propuso el desarrollo coordinado de las células solares de perovskita (incluidas las células de la recta de la altura de la altura de la altura de la altura de los famosos de la altura de los famosos. El objetivo es expandir los campos de aplicación para incluir componentes de BIPV, componentes automotrices y aplicaciones al aire libre. En marzo de 2024, la Oficina del Gobierno Provincial de Henan publicó el "Aviso sobre la aceleración del avance de las 'seis nuevas' industrias en la fabricación", enfatizando la necesidad de enfocarse en el desarrollo de materiales celulares de la fotovoltaica de silicio cristalina y materiales de filmamagos finos. Esto incluye silicio de cristal único de gran tamaño, silicio policristalino y tecnologías de película delgada, así como nuevos materiales de células solares de perovskitas de alta eficiencia y células de película delgada. El objetivo es construir una cadena de industria integral que cubra silano, silicio granular, obleas de silicio de cristal único, celdas de batería y centrales eléctricas.

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Historia de las células solares de perovskita

La historia de las células solares de perovskita comenzó en 1839 cuando el científico alemán Gustav Rose descubrió el mineral de perovskita. En 2006, las células solares de perovskita se usaron por primera vez en aplicaciones fotovoltaicas. En 2009, el científico japonés Miyasaka utilizó materiales de perovskita como absorbedores de luz en células solares sensibilizadas con colorante, lo que logró una eficiencia de conversión de energía del 3,8%. En octubre de 2021, los investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea lograron una eficiencia del 25.8% para las células solares de perovskite de un solo dominio. En agosto de 2022, la Academia de Ciencias de China informó una eficiencia del 25.6%. En octubre de 2020, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable del Departamento de Energía de los Estados Unidos logró una eficiencia del 23.1% para todas las células solares en tándem de perovskita. En diciembre de 2020, Oxford PV del Reino Unido estableció un récord con una eficiencia del 29.5% para las células en tándem de perovskita/silicio. El Centro alemán Helmholtz aumentó esto al 29.8%en noviembre de 2021, y en julio de 2022, el EPFL de Suiza logró el 31.3%. El 3 de noviembre de 2023, el Laboratorio de Energía Renovable Renovable de los Estados Unidos (NREL) certificó que un Registro de la Compañía Photovoltaica Longi de PEROVSKITE-SILICON desarrolló una eficiencia de High-Silicon Tandem Tandem desarrollada por la Econía de la compañía de lo mejor de la compañía de alta energía de 33.9. Células tándem de perovskita-silicio en todo el mundo.

Barreras de la industria

1. Barreras técnicasEl desarrollo de células solares de perovskita requiere una experiencia técnica significativa e investigación a largo plazo. Los nuevos participantes en la industria de células solares de perovskita enfrentan el desafío de romper tecnologías críticas y lograr aplicaciones maduras, que pueden tomar un tiempo y esfuerzo considerables. La investigación y producción de materiales, celdas, módulos, paquetes de baterías y sistemas de gestión de baterías exigen altas capacidades técnicas. Sin dominar estas tecnologías centrales, las empresas tendrán dificultades para producir productos competitivos.2. Barreras de marcaLa industria de las células solares de perovskite tiene altas barreras de entrada de marca. Los factores clave que influyen en las elecciones de los clientes incluyen seguridad del producto, estabilidad, consistencia y capacidades de respuesta rápida. Por lo general, los productos tardan mucho tiempo en validar los productos y ganar confianza del cliente. Es más probable que las empresas con capacidades generales fuertes y marcas establecidas ganen la confianza del cliente y se destaquen en la industria.3. Barreras de escalaLa industria de las células solares de perovskita también tiene barreras de escala sustanciales. La producción a gran escala se beneficia de las economías de escala, lo que brinda a las empresas financieramente fuertes una ventaja significativa en las operaciones de adquisición y producción de materias primas. Además, la inversión continua es necesaria para mantenerse a la vanguardia en el desarrollo tecnológico. Solo las empresas a gran escala pueden mantener su ventaja competitiva a través de la innovación e investigación en curso.

Cadena industrial

1. Análisis de la cadena de la industria de las células solares de perovskita

La cadena de la industria de las células solares de perovskite consiste en segmentos aguas arriba, intermedias y aguas abajo. El segmento aguas arriba incluye materias primas y equipos, como compuestos de perovskita, materiales objetivo, vidrio TCO y materiales que absorben la luz. El equipo clave incluye máquinas de recubrimiento, máquinas láser, equipos de deposición y máquinas de encapsulación. Midstream se centra en la fabricación de células solares de perovskita, mientras que el segmento aguas abajo implica aplicaciones en industrias fotovoltaicas, producción LED, catalizadores, baterías de aire de metal, materiales de detección de gases y materiales de enfriamiento magnético.

2. Análisis de empresas líderes

2.1 CATL (contemporáneo Amperex Technology Co., Ltd.)Fundada en 2011, CATL es uno de los principales fabricantes de baterías eléctricas en China, centrándose en nuevos sistemas de energía de vehículos de energía, sistemas de almacenamiento de energía y otras aplicaciones. Sus tecnologías centrales cubren toda la cadena de valor, desde materiales y celdas de batería hasta integración del sistema y reciclaje de baterías. CATL se ha asociado con varios fabricantes de automóviles nacionales líderes y estableció una fuerte presencia en los mercados globales. En el campo de células solares de perovskita, CATL ve las células solares en tándem de perovskita como una tecnología futura clave y está acelerando activamente los esfuerzos de investigación e industrialización. También están avanzando en la producción a escala piloto para promover sus ambiciones en el sector fotovoltaico.2.2 Longi Green Energy Technology Co., Ltd.Establecido en 2000, Longi Green Energy se compromete a convertirse en la compañía de tecnología solar más valiosa del mundo. La compañía se centra en la innovación tecnológica, que ofrece soluciones a través de obleas de silicio monocristalinas, células, módulos, sistemas fotovoltaicos distribuidos y energía de hidrógeno. Con una misión de marca de "hacer el uso completo de los rayos del sol para crear un mundo de la energía verde", Longi se ha convertido en un líder mundial en tecnología basada en silicio de alta eficiencia. En noviembre de 2022, Longi estableció un récord mundial para la eficiencia de las células solares basadas en silicio en el 26.81%. Para noviembre de 2023, el autodesarrabado de Longicélula solar en tándem de perovskitaalcanzó una eficiencia del 33.9%, estableciendo un nuevo registro global. En 2023, los ingresos de Longi de módulos y células aumentaron en un 16,91% año tras año, llegando a 99,199 mil millones de RMB, principalmente debido a las mayores ventas de módulos solares.

Estado actual de la industria

Actualmente, los fabricantes emergentes de células solares de perovskita en China están entrando rápidamente en el mercado, impulsando la industrialización de las células solares de perovskita hacia adelante. La tecnología aún se encuentra en sus primeras etapas de comercialización, con iteraciones continuas en estructura celular, sistemas de materiales, procesos de fabricación y equipos de producción. Los fabricantes de células solares de perovskite están validando activamente varias vías técnicas y acelerando el proceso de producción en masa. A partir de 2023, la tasa de penetración de las células solares de perovskita en China se situó en 0.2%. A medida que la tecnología continúa madurando, se espera que la tasa de adopción de las células solares de perovskita aumente en el futuro.

Oportunidades y desafíos futuros

A pesar del futuro prometedor para las células solares de perovskita, quedan varios desafíos para su adopción generalizada. Uno de los principales obstáculos es la dificultad para lograr la estabilidad y confiabilidad a largo plazo, ya que se sabe que las células solares de perovskita se degradan más rápido que las células tradicionales a base de silicio. Además, el costo de las células solares de perovskita debe reducirse para convertirse en competitivo con otras tecnologías. Las empresas también deben abordar los desafíos de ampliar la producción y superar los obstáculos regulatorios para garantizar que las células solares de perovskita sean eficientes y asequibles.

Ventajas de las células solares de perovskita

Las células solares de perovskita ofrecen varias ventajas significativas en comparación con las células solares tradicionales basadas en silicio, lo que las convierte en una tecnología prometedora para futuras soluciones energéticas. A continuación se presentan algunas ventajas clave de las células solares de perovskita:

1. Alta eficiencia: La eficiencia de las células solares de perovskita ha aumentado rápidamente en los últimos años, alcanzando más del 25% para las células de un solo unión e incluso más alta para las células solares en tándem de perovskita. Esta mejora rápida es una de las principales razones por las que la tecnología se considera muy atractiva.
2. Bajo costo: Uno de los principales beneficios de las células solares de perovskita es su menor costo de producción. El proceso de fabricación para las células solares de perovskita es menos complejo y intensivo en energía que el de las células de silicio tradicionales, lo que lleva a precios potencialmente más bajos.
3. Ligero y flexible: Las células solares de perovskita flexibles se pueden producir en varios sustratos, incluidas las películas de plástico, lo que las hace ideales para aplicaciones donde las ligeras y la flexibilidad son cruciales. Esta característica abre nuevas posibilidades para soluciones de energía portátiles y portátiles.
4. Banda prohibida personalizable: El BandGAP de las células solares de perovskita se puede ajustar ajustando la composición química, lo que les permite capturar un espectro más amplio de la luz solar. Esta propiedad es especialmente beneficiosa para crear una alta eficiencia todas las células solares en tándem de perovskita.

Aplicaciones de células solares de perovskita

ÉlAplicaciones de células solares de perovskitaextenderse más allá de las instalaciones solares de la azotea convencionales. Su versatilidad permite la integración en una amplia gama de configuraciones:

1. Fotovoltaicos integrados en el edificio (BIPV): Las aplicaciones de células solares de perovskita incluyen la incorporación en materiales de construcción como ventanas y fachadas. La transparencia y el atractivo estético de las células los hacen adecuados para proyectos BIPV.
2. Dispositivos portátiles y usables: La naturaleza liviana de las células solares de perovskita flexibles las hace ideales para la electrónica a pequeña escala, como cargadores portátiles, dispositivos portátiles y sensores.
3. Industria automotriz: Las células solares de perovskita se pueden integrar en vehículos para proporcionar energía adicional para la electrónica a bordo o incluso cargar parcialmente vehículos eléctricos.
4. Aplicaciones espaciales: Debido a sus propiedades livianas y de alta eficiencia, las células solares de perovskita se están explorando para su uso en paneles solares basados ​​en el espacio.

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Desafíos para comercializar células solares de perovskita

A pesar de su potencial, se deben abordar varios desafíos para comercializar células solares de perovskita antes de que puedan adoptarse ampliamente:

1. Problemas de estabilidad: Un desafío significativo para los fabricantes de células solares de perovskita es garantizar la estabilidad a largo plazo en condiciones del mundo real. La exposición a la humedad, el oxígeno y la luz UV pueden degradar los materiales celulares, afectando su vida útil.
2. Escalabilidad: La transición de la producción a escala de laboratorio a la fabricación a gran escala es una tarea compleja. Mantener una alta eficiencia de las células solares de perovskita mientras se amplía la producción es un obstáculo clave.
3. Preocupaciones por la toxicidad: El uso del plomo en las células solares de perovskita plantea preocupaciones ambientales y de salud. Los investigadores están trabajando para desarrollar alternativas sin plomo, pero aún no han coincidido con el rendimiento de las células de perovskita tradicionales.
4. Costo de las células solares de perovskita: Aunque las células solares de perovskita son más baratas de producir que las células de silicio, el precio general de las células solares de perovskita debe disminuir aún más para la adopción generalizada del mercado.

Estructura de las células solares de perovskita

ÉlEstructura de las células solares de perovskitaes relativamente simple en comparación con las células de silicio tradicionales. Por lo general, incluye una capa de absorbente de perovskita intercalada entre dos capas de transporte:

1. Capa de transporte de electrones (ETL): Esta capa ayuda a transferir electrones generados en la capa de perovskita al circuito externo.
2. Capa de perovskita: La capa de perovskita es el corazón de la celda, donde se producen la generación de la absorción de luz y los pares de electrones. Esta capa se puede personalizar para optimizar el rendimiento de la celda.
3. Capa de transporte de agujeros (HTL): Esta capa recoge agujeros (portadores de carga positivos) y los transfiere al circuito.
4. sustrato: Toda la celda generalmente se basa en un sustrato, que puede ser rígido (vidrio) o flexible (plástico), dependiendo de la aplicación.

¿Están disponibles comercialmente las células solares de perovskita?

Una pregunta común es: ¿están disponibles comercialmente las células solares de perovskita? Actualmente, solo un número limitado de fabricantes de células solares de perovskite ha comenzado la comercialización a pequeña escala. Algunas compañías están ofreciendo células solares de perovskita para aplicaciones de nicho, como la electrónica portátil y los fines de investigación. Sin embargo, la adopción generalizada para la generación de energía a gran escala todavía se encuentra en las primeras etapas debido a los desafíos mencionados anteriormente. A medida que avanza la tecnología y disminuye el precio de las células solares de perovskita, se espera que la disponibilidad comercial se expanda.

Perspectivas futuras

El futuro de las células solares de perovskite es prometedor, con una investigación continua destinada a superar las barreras existentes y mejorar el rendimiento. Los esfuerzos continuos para abordar la estabilidad, la escalabilidad y las preocupaciones ambientales serán cruciales para la comercialización exitosa de las células solares de perovskita. Como resultado, los fabricantes de células solares de perovskite están invirtiendo fuertemente en investigación y desarrollo, lo que hace que esta tecnología sea una para observar en el mercado de energía renovable.

¿Cómo funcionan las células solares de perovskita?

Comprender cómo funcionan las células solares de perovskita requiere una mirada a su estructura única y la forma en que convierten la luz solar en electricidad. El proceso se puede resumir en algunos pasos clave:

1. Absorción de luz: Cuando la luz solar golpea la célula solar de perovskita, la capa de perovskita absorbe fotones, que luego excitan los electrones en el material, creando pares de electrones (también conocidos como excitones).
2. Separación de carga: Los excitones se separan en electrones y agujeros libres, que son recolectados por las capas de transporte de electrones y orificios. La capa de transporte de electrones (ETL) transfiere electrones al electrodo, mientras que la capa de transporte de orificio (HTL) dirige los agujeros al electrodo opuesto.
3. Cobro de cargos: Los electrones y agujeros separados se mueven a sus respectivos electrodos, creando una corriente eléctrica. Esta corriente se puede usar para alimentar dispositivos externos.
4. Conversión de energía: La electricidad generada es corriente continua (DC), que puede convertirse en corriente alterna (AC) para su uso en la mayoría de las aplicaciones residenciales y comerciales.

Al optimizar cada capa y mejorar la calidad del material, los investigadores están empujando continuamente la eficiencia de las células solares de perovskita más alta.

Células solares de perovskita invertidas que usan dopantes a base de dimetilacridina

Los avances recientes han llevado al desarrollo de células solares de perovskita invertidas utilizando dopantes a base de dimetilacridina. En las células de perovskita convencionales, los electrones y los agujeros viajan en una dirección particular, pero las estructuras invertidas invierten esta configuración. Las células solares de perovskita invertidas son beneficiosas para lograr una mejor estabilidad y son más fáciles de integrar en configuraciones en tándem. La adición de dopantes a base de dimetilacridina mejora el rendimiento de la capa de transporte de agujeros, lo que aumenta la eficiencia general de la célula. Esta innovación es un paso para resolver algunos de los problemas de estabilidad a largo plazo de las células solares de perovskita.

Células solares de perovskita flexibles

Las células solares de perovskita flexibles son una tecnología innovadora que se puede utilizar en aplicaciones donde los paneles solares rígidos tradicionales no son adecuados. Mediante el uso de sustratos flexibles como plástico o láminas de metal delgada, estas celdas se pueden doblar, rodar o incluso doblar sin perder eficiencia. Esto los hace ideales para soluciones de energía portátiles, tecnología portátil y superficies curvas como techos de automóviles. El principal desafío para las células solares de perovskita flexibles es mantener la estabilidad y el rendimiento bajo estrés mecánico. Sin embargo, la investigación en curso se centra en mejorar la durabilidad y la vida útil de estas células flexibles, lo que las convierte en una opción prometedora para futuras soluciones energéticas.

Fabricantes de células solares de perovskita

Actualmente, hay algunos fabricantes clave de células solares de perovskite que lideran la carga para comercializar esta tecnología. Algunos de los principales fabricantes de células solares de perovskite incluyen:

1. Oxford PV: Una empresa con sede en el Reino Unido que se especializa en células solares en tándem de perovskita. Oxford PV ha establecido múltiples registros de eficiencia y ahora se centra en ampliar la producción para uso comercial.
2. Tecnologías Saulé: Una empresa polaca que pione las células solares de perovskita flexibles. Saule Technologies tiene como objetivo llevar las células solares de perovskita a una variedad de aplicaciones, desde fotovoltaicos integrados en edificios (BIPV) hasta productos electrónicos portátiles.
3. GCL-Poly Energy Holdings: Una empresa china involucrada activamente en la investigación y desarrollo de células solares de perovskita. GCL está invirtiendo en instalaciones de producción a gran escala y planea ingresar al mercado comercial en los próximos años.
4. Hunt Tecnologías de perovskita: Con sede en los Estados Unidos, Hunt Perovskite Technologies está trabajando para superar los problemas de estabilidad de las células solares de perovskite y tiene como objetivo llevar esta tecnología al mercado norteamericano.

Estos fabricantes de células solares de perovskite están liderando la innovación y impulsando la industria. A medida que avanza la investigación y la producción de producción, se espera que más empresas se unan al mercado.

Conclusión: potencial futuro para las células solares de perovskita

El futuro de las células solares de perovskite parece prometedor a medida que los investigadores continúan abordando desafíos como la estabilidad y la escalabilidad. Con sus propiedades únicas y su potencial para combinarse con las células de silicio existentes, todas las células solares en tándem de perovskita pronto podrían conducir a una nueva era en la energía solar. A medida que disminuye el costo de las células solares de perovskita y la tecnología madura, se espera que estas células jueguen un papel clave en el mercado global de energía renovable, proporcionando una solución más asequible y eficiente para la generación de energía solar.

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