2024 ¿Están disponibles comercialmente las células solares de perovskita?

Las células solares de perovskita están cobrando impulso como una nueva generación de tecnología fotovoltaica gracias a su alta eficiencia y bajo coste de fabricación. Con los recientes avances en células solares tándem de perovskita, que pueden alcanzar una eficiencia superior a 30%, el mercado está experimentando un creciente interés en su adopción. En 2023, la tasa de penetración de las células solares de perovskita en China fue de tan solo 0,2%, lo que indica una presencia pequeña pero creciente. Sin embargo, es probable que la investigación en curso y las políticas de apoyo de la industria impulsen su adopción en los próximos años.

Células solares de perovskita: definición y clasificación

Las células solares de perovskita son un tipo de célula solar de tercera generación que utiliza semiconductores de haluro orgánico-inorgánico con estructura de perovskita como materiales absorbentes de luz. Estas células se conocen a menudo como 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 su comercialización. Según datos de 2023, la penetración de mercado de las células solares de perovskita en China fue de aproximadamente 0,21 TP³T. A medida que la tecnología continúa evolucionando, se espera que la tasa de adopción de células solares de perovskita en China aumente en el futuro.

Existen dos tipos principales de células solares de perovskita: de unión simple y en tándem. Una célula de unión simple contiene una estructura simple de capas de perovskita. En cambio, las células solares en tándem de perovskita pueden apilar múltiples capas de perovskita o combinarlas con células tradicionales de silicio para crear una estructura que capture un espectro solar más amplio. Dependiendo de los materiales utilizados, las células en tándem pueden adoptar diferentes configuraciones, incluyendo células en tándem de silicio/perovskita, células solares en tándem de perovskita exclusivamente y células en tándem de película delgada/perovskita, como las células en tándem de CIGS/perovskita.

Políticas de la industria

En los últimos años, China ha implementado diversas políticas para fomentar el desarrollo y la innovación en 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 para la Promoción del Desarrollo de la Industria de la Electrónica Energética", que proponían el desarrollo coordinado de células solares de perovskita (incluidas las células tándem de perovskita/silicio), células de película delgada de silicio amorfo/microcristalino y otras tecnologías de película delgada de alta eficiencia. El objetivo es ampliar los campos de aplicación para incluir componentes BIPV, componentes automotrices y aplicaciones para exteriores.

En marzo de 2024, la Oficina del Gobierno Provincial de Henan publicó el "Aviso sobre la aceleración del avance de las 'seis nuevas' industrias manufactureras", que enfatiza la necesidad de centrarse en el desarrollo de materiales para células fotovoltaicas de silicio cristalino y materiales compuestos de película delgada. Esto incluye silicio monocristalino de gran tamaño, silicio policristalino y tecnologías de película delgada, así como nuevos materiales para células solares de perovskita de alta eficiencia y células de película delgada CIGS. El objetivo es construir una cadena industrial integral que abarque silano, silicio granular, obleas de silicio monocristalino, celdas de batería y centrales eléctricas.

¿Listo para actualizar su solución de baterías? Elija MANLY Battery para obtener un rendimiento y una confiabilidad excepcionales, con el respaldo de una garantía de 10 años y certificaciones globales.

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 perovskita. En 2006, las células solares de perovskita se utilizaron por primera vez en aplicaciones fotovoltaicas. En 2009, el científico japonés Miyasaka utilizó materiales de perovskita como absorbentes de luz en células solares sensibilizadas con colorante, logrando una eficiencia de conversión de energía de 3,81 TP³T. Para octubre de 2021, investigadores del Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología lograron una eficiencia de 25,81 TP³T para células solares de perovskita de unión simple.

En agosto de 2022, la Academia China de Ciencias reportó una eficiencia de 25,61 TP³T. En octubre de 2020, el Laboratorio Nacional de Energías Renovables del Departamento de Energía de EE. UU. logró una eficiencia de 23,11 TP³T para todas las celdas solares tándem de perovskita. En diciembre de 2020, la Universidad Politécnica Federal de Oxford (Reino Unido) estableció un récord con una eficiencia de 29,51 TP³T para celdas tándem de perovskita/silicio. El Centro Helmholtz alemán aumentó esta cifra a 29,81 TP³T en noviembre de 2021, y para julio de 2022, la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) alcanzó 31,31 TP³T.

El 3 de noviembre de 2023, el Laboratorio Nacional de Energías Renovables de Estados Unidos y China (NREL) certificó que una celda tándem de perovskita-silicio desarrollada por la empresa fotovoltaica china Longi Green Energy alcanzó una eficiencia de 33,9%, el récord más alto para celdas tándem de perovskita-silicio en todo el mundo.

Barreras de la industria

1. Barreras técnicas
El desarrollo de células solares de perovskita requiere una amplia experiencia técnica e investigación a largo plazo. Los nuevos participantes en la industria de las células solares de perovskita se enfrentan al reto de desarrollar tecnologías críticas y lograr aplicaciones maduras, lo que puede requerir un tiempo y esfuerzo considerables. La investigación y la producción de materiales, células, módulos, paquetes de baterías y sistemas de gestión de baterías exigen altas capacidades técnicas. Sin el dominio de estas tecnologías clave, las empresas tendrán dificultades para producir productos competitivos.

2. Barreras de marca
La industria de las células solares de perovskita presenta altas barreras de entrada para las marcas. Los factores clave que influyen en la decisión del cliente incluyen la seguridad, la estabilidad, la consistencia y la capacidad de respuesta rápida del producto. Normalmente, la validación del mercado y la confianza del cliente requieren un tiempo considerable. Las empresas con sólidas capacidades generales y marcas consolidadas tienen más probabilidades de ganarse la confianza del cliente y destacar en el sector.

3. Barreras de escala
La industria de las células solares de perovskita también presenta importantes barreras de escala. La producción a gran escala se beneficia de las economías de escala, lo que otorga a las empresas con solidez financiera una ventaja significativa en la adquisición de materias primas y las operaciones de producción. Además, se requiere una inversión continua para mantenerse a la vanguardia del desarrollo tecnológico. Solo las grandes empresas pueden mantener su ventaja competitiva mediante la innovación y la investigación continuas.

Cadena industrial

1. Análisis de la cadena industrial de células solares de perovskita

La cadena industrial de células solares de perovskita consta de los segmentos upstream, midstream y downstream. El segmento upstream incluye materias primas y equipos, como compuestos de perovskita, materiales objetivo, vidrio TCO y materiales absorbentes de luz. Los equipos clave incluyen máquinas de recubrimiento, máquinas láser, equipos de deposición y máquinas de encapsulación. El segmento midstream se centra en la fabricación de células solares de perovskita, mientras que el segmento downstream abarca aplicaciones en las industrias fotovoltaicas, la producción de LED, catalizadores, baterías de metal-aire, materiales de detección de gases y materiales de refrigeración magnética.

2. Análisis de empresas líderes

2.1 CATL (Contemporary Amperex Technology Co., Ltd.)

Fundada en 2011, CATL es uno de los principales fabricantes de baterías de energía en China, especializado en sistemas de energía para vehículos de nueva energía, sistemas de almacenamiento de energía y otras aplicaciones. Sus tecnologías principales abarcan toda la cadena de valor, desde los materiales y las celdas de batería hasta la integración de sistemas y el reciclaje de baterías. CATL se ha asociado con varios fabricantes de automóviles nacionales líderes y ha consolidado una sólida presencia en los mercados globales.

En el campo de las células solares de perovskita, CATL considera las células solares en tándem de perovskita una tecnología clave para el futuro y está impulsando activamente la investigación y la industrialización. También está impulsando la producción a escala piloto para impulsar sus ambiciones en el sector fotovoltaico.

2.2 Longi Green Energy Technology Co., Ltd.

Fundada en el año 2000, Longi Green Energy se compromete a convertirse en la empresa de tecnología solar más valiosa del mundo. La empresa se centra en la innovación tecnológica y ofrece soluciones en obleas de silicio monocristalino, células, módulos, sistemas fotovoltaicos distribuidos y energía de hidrógeno. Con la misión de marca de "aprovechar al máximo los rayos del sol para crear un mundo de energía verde", Longi se ha convertido en un líder mundial en tecnología de silicio de alta eficiencia.

En noviembre de 2022, Longi estableció un récord mundial de eficiencia de células solares basadas en silicio con 26,811 TP3T. Para noviembre de 2023, el desarrollo propio de Longi... célula solar en tándem de perovskita Alcanzó una eficiencia de 33,91 TP³T, estableciendo un nuevo récord mundial. En 2023, los ingresos de Longi por módulos y celdas aumentaron en 16,911 TP³T interanualmente, alcanzando los 99.199 millones de RMB, principalmente debido al aumento en las 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 este tipo de células. La tecnología aún se encuentra en sus primeras etapas de comercialización, con iteraciones continuas en la estructura celular, los sistemas de materiales, los procesos de fabricación y los equipos de producción. Los fabricantes de células solares de perovskita están validando activamente diversas vías técnicas y acelerando el proceso de producción en masa. En 2023, la tasa de penetración de las células solares de perovskita en China era de 0,21 TP3T. 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 prometedor futuro de las células solares de perovskita, persisten varios desafíos para su adopción generalizada. Uno de los principales obstáculos es la dificultad de lograr estabilidad y fiabilidad a largo plazo, ya que se sabe que las células solares de perovskita se degradan más rápido que las células tradicionales de silicio. Además, es necesario reducir el coste de las células solares de perovskita para que sean competitivas frente a otras tecnologías. Las empresas también deben afrontar los retos de aumentar la producción y superar las trabas regulatorias 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 de silicio, lo que las convierte en una tecnología prometedora para las futuras soluciones energéticas. A continuación, se presentan algunas ventajas clave de las células solares de perovskita:

1. Alta eficienciaLa eficiencia de las células solares de perovskita ha aumentado rápidamente en los últimos años, alcanzando valores superiores a 251 TP³T para las células de unión simple e incluso superiores para las células solares de perovskita en tándem. Esta rápida mejora es una de las principales razones por las que esta tecnología se considera tan atractiva.
2. Bajo costoUna de las principales ventajas de las células solares de perovskita es su menor coste de producción. El proceso de fabricación de las células solares de perovskita es menos complejo y consume menos energía que el de las células de silicio tradicionales, lo que se traduce en precios potencialmente más bajos.
3. Ligero y flexibleLas células solares de perovskita flexibles se pueden producir en diversos sustratos, incluyendo películas de plástico, lo que las hace ideales para aplicaciones donde la ligereza y la flexibilidad son cruciales. Esta característica abre nuevas posibilidades para soluciones energéticas portátiles y vestibles.
4. Banda prohibida personalizableLa banda prohibida de las células solares de perovskita se puede ajustar modificando su composición química, lo que les permite captar un espectro más amplio de luz solar. Esta propiedad es especialmente beneficiosa para crear células solares en tándem de perovskita de alta eficiencia.

Aplicaciones de las células solares de perovskita

El Aplicaciones de las células solares de perovskita Se extienden más allá de las instalaciones solares convencionales en tejados. Su versatilidad permite su integración en una amplia gama de entornos:

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

¿Necesita una batería confiable para almacenar energía? MANLY Battery ofrece opciones personalizadas que se adaptan a sus necesidades, garantizando seguridad y calidad en todo momento.

Desafíos para la comercialización de células solares de perovskita

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

1. Problemas de estabilidadUn desafío importante para los fabricantes de células solares de perovskita es garantizar la estabilidad a largo plazo en condiciones reales. La exposición a la humedad, el oxígeno y la luz ultravioleta puede degradar los materiales de las células, lo que afecta su vida útil.
2. EscalabilidadLa transición de la producción a escala de laboratorio a la fabricación a gran escala es una tarea compleja. Mantener la alta eficiencia de las células solares de perovskita mientras se amplía la producción es un obstáculo clave.
3. Preocupaciones por la toxicidadEl uso de plomo en células solares de perovskita plantea problemas ambientales y de salud. Los investigadores trabajan para desarrollar alternativas sin plomo, pero estas aún no alcanzan 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 su adopción generalizada en el mercado.

Estructura de las células solares de perovskita

El Estructura de las células solares de perovskita Es relativamente simple en comparación con las celdas de silicio tradicionales. Generalmente incluye una capa absorbente de perovskita intercalada entre dos capas de transporte:

1. Capa de transporte de electrones (ETL):Esta capa ayuda a transferir los electrones generados en la capa de perovskita al circuito externo.
2. Capa de perovskitaLa capa de perovskita es el núcleo de la célula, donde se produce la absorción de luz y la generación de pares electrón-hueco. Esta capa se puede personalizar para optimizar el rendimiento de la célula.
3. Capa de transporte de agujeros (HTL):Esta capa recoge huecos (portadores de carga positiva) y los transfiere al circuito.
4. Sustrato:La célula entera suele estar construida sobre un sustrato, que puede ser rígido (vidrio) o flexible (plástico), dependiendo de la aplicación.

¿Están disponibles comercialmente las células solares de perovskita?

Una pregunta frecuente es: ¿están disponibles comercialmente las células solares de perovskita? Actualmente, solo un número limitado de fabricantes de células solares de perovskita han comenzado la comercialización a pequeña escala. Algunas empresas ofrecen células solares de perovskita para aplicaciones específicas, como la electrónica portátil y la investigación. Sin embargo, su adopción generalizada para la generación de energía a gran escala aún se encuentra en sus primeras etapas debido a los desafíos mencionados anteriormente. A medida que la tecnología avance y el precio de las células solares de perovskita disminuya, se espera que la disponibilidad comercial aumente.

Perspectivas de futuro

El futuro de las células solares de perovskita es prometedor, con investigaciones en curso destinadas 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 perovskita están invirtiendo fuertemente en investigación y desarrollo, convirtiendo esta tecnología en una de las más importantes en el mercado de las energías renovables.

¿Cómo funcionan las células solares de perovskita?

Para comprender el funcionamiento de las células solares de perovskita es necesario analizar su estructura única y cómo convierten la luz solar en electricidad. El proceso se puede resumir en unos pocos pasos clave:

1. Absorción de luz:Cuando la luz solar llega a la célula solar de perovskita, la capa de perovskita absorbe fotones, que luego excitan los electrones en el material, creando pares electrón-hueco (también conocidos como excitones).
2. Separación de cargaLos excitones se separan en electrones y huecos libres, que son recogidos por las capas de transporte de electrones y huecos. La capa de transporte de electrones (ETL) transfiere electrones al electrodo, mientras que la capa de transporte de huecos (HTL) dirige los huecos al electrodo opuesto.
3. Cobro de cargosLos electrones y huecos separados se desplazan a sus respectivos electrodos, creando una corriente eléctrica. Esta corriente puede utilizarse para alimentar dispositivos externos.
4. Conversión de energía:La electricidad generada es corriente continua (CC), que puede convertirse en corriente alterna (CA) 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 aumentando continuamente la eficiencia de las células solares de perovskita.

Células solares de perovskita invertida que utilizan dopantes basados en dimetilacridina

Avances recientes han llevado al desarrollo de células solares de perovskita invertida con dopantes a base de dimetilacridina. En las células solares de perovskita convencionales, los electrones y huecos se desplazan en una dirección específica, pero las estructuras invertidas invierten esta configuración. Las células solares de perovskita invertida ofrecen una mayor 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 huecos, incrementando así la eficiencia general de la celda. Esta innovación supone un paso hacia la solución de algunos de los problemas de estabilidad a largo plazo de las celdas solares de perovskita.

Células solares de perovskita flexibles

Las células solares de perovskita flexible son una tecnología innovadora que puede utilizarse en aplicaciones donde los paneles solares rígidos tradicionales no son adecuados. Al utilizar sustratos flexibles como plástico o láminas metálicas delgadas, estas células pueden doblarse, enrollarse o incluso plegarse sin perder eficiencia. Esto las hace ideales para soluciones de energía portátiles, tecnología wearable y superficies curvas como los techos de los automóviles.

El principal reto de las células solares de perovskita flexibles es mantener la estabilidad y el rendimiento bajo tensión mecánica. 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, varios fabricantes clave de células solares de perovskita lideran la comercialización de esta tecnología. Algunos de los principales fabricantes de células solares de perovskita son:

1. Oxford PVOxford PV, una empresa con sede en el Reino Unido especializada en células solares tándem de perovskita, ha alcanzado múltiples récords de eficiencia y ahora se centra en ampliar la producción para uso comercial.
2. Tecnologías SauleSaule Technologies, empresa polaca pionera en el desarrollo de células solares de perovskita flexibles, busca aplicar las células solares de perovskita a diversas aplicaciones, desde la integración fotovoltaica en edificios (BIPV) hasta la electrónica portátil.
3. GCL-Poly Energy HoldingsEmpresa china que participa activamente en la investigación y el desarrollo de células solares de perovskita. GCL está invirtiendo en instalaciones de producción a gran escala y planea entrar en el mercado comercial en los próximos años.
4. Tecnologías de perovskita HuntCon sede en Estados Unidos, Hunt Perovskite Technologies está trabajando para superar los problemas de estabilidad de las células solares de perovskita y tiene como objetivo llevar esta tecnología al mercado norteamericano.

Estos fabricantes de células solares de perovskita lideran la innovación e impulsan el sector. A medida que avanza la investigación y aumenta la producción, se espera que más empresas se incorporen al mercado.

Conclusión: Potencial futuro de las células solares de perovskita

El futuro de las células solares de perovskita se presenta prometedor a medida que los investigadores continúan abordando desafíos como la estabilidad y la escalabilidad. Gracias a sus propiedades únicas y a su potencial para combinarse con las células de silicio existentes, las células solares en tándem de perovskita podrían pronto marcar el comienzo de una nueva era en la energía solar. A medida que el coste de las células solares de perovskita disminuya y la tecnología madure, se espera que estas células desempeñen un papel clave en el mercado global de las energías renovables, ofreciendo una solución más asequible y eficiente para la generación de energía solar.

Obtenga más información sobre la batería

Sungrow firmó un contrato con el mayor proyecto de almacenamiento de energía de Israel

Todo lo que necesita saber sobre las baterías para farolas solares

2025 ¿Qué es una buena batería marina?

Planificación de la energía y la continuidad del centro de datos con IA con sistemas de baterías de litio

12...196