2024 Les cellules solaires à pérovskite sont-elles disponibles dans le commerce ?

Les cellules solaires à pérovskite gagnent du terrain en tant que nouvelle génération de technologie photovoltaïque en raison de leur rendement élevé et de leur faible coût de fabrication. Avec les récents progrès dans le domaine des cellules solaires tandem à pérovskite, qui peuvent atteindre un rendement de plus de 30 %, le marché constate un intérêt accru pour l'adoption de ces cellules. En 2023, le taux de pénétration des cellules solaires à pérovskite en Chine n’était que d’environ 0,2 %, ce qui indique une présence faible mais croissante. Cependant, les recherches en cours et les politiques industrielles de soutien devraient stimuler l’adoption dans les années à venir.

Cellules solaires pérovskites : définition et classification

Perovskite solar cells are a type of third-generation solar cell that uses perovskite-structured organic-inorganic halide semiconductors as light-absorbing materials. These cells are often referred to as new-generation solar cells due to their unique structure and high efficiency. Currently, perovskite solar cells have reached a crucial stage for commercialization. According to 2023 data, the market penetration of perovskite solar cells in China was about 0.2%. As technology continues to evolve, the adoption rate of perovskite solar cells in China is expected to grow in the future.There are two main types of perovskite solar cells: single-junction and tandem perovskite solar cells. A single-junction cell contains a simple “sandwich” structure of perovskite layers. In contrast, perovskite tandem solar cells can stack multiple perovskite layers or combine them with traditional silicon-based cells to create a structure that captures a broader range of the solar spectrum. Depending on the materials used, tandem cells can follow different configurations, including silicon/perovskite tandem cells, all perovskite tandem solar cells, and thin-film/perovskite tandem cells such as CIGS/perovskite tandem cells.

Politiques industrielles

In recent years, China has implemented multiple policies to encourage the development and innovation of the perovskite solar cell industry. In January 2023, the Ministry of Industry and Information Technology, along with five other departments, issued the "Guiding Opinions on Promoting the Development of the Energy Electronics Industry," which proposed coordinated development of perovskite solar cells (including perovskite/silicon tandem cells), amorphous/microcrystalline silicon thin-film cells, and other high-efficiency thin-film technologies. The goal is to expand the application fields to include BIPV components, automotive components, and outdoor applications.In March 2024, the Henan Provincial Government Office released the "Notice on Accelerating the Breakthrough of the 'Six New' Industries in Manufacturing," emphasizing the need to focus on the development of crystalline silicon photovoltaic cell materials and compound thin-film materials. This includes large-size single-crystal silicon, polycrystalline silicon, and thin-film technologies, as well as new high-efficiency perovskite solar cell materials and CIGS thin-film cells. The aim is to build a comprehensive industry chain covering silane, granular silicon, single-crystal silicon wafers, battery cells, and power stations.

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Histoire des cellules solaires pérovskites

The history of perovskite solar cells began in 1839 when the German scientist Gustav Rose discovered the perovskite mineral. In 2006, perovskite solar cells were first used in photovoltaic applications. In 2009, Japanese scientist Miyasaka utilized perovskite materials as light absorbers in dye-sensitized solar cells, achieving a power conversion efficiency of 3.8%. By October 2021, researchers at the Korea Institute of Science and Technology achieved a 25.8% efficiency for single-junction perovskite solar cells.In August 2022, the Chinese Academy of Sciences reported an efficiency of 25.6%. In October 2020, the U.S. Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory achieved a 23.1% efficiency for all perovskite tandem solar cells. In December 2020, the UK's Oxford PV set a record with 29.5% efficiency for perovskite/silicon tandem cells. The German Helmholtz Center increased this to 29.8% in November 2021, and by July 2022, Switzerland's EPFL achieved 31.3%.On November 3, 2023, the U.S.-China National Renewable Energy Laboratory (NREL) certified that a perovskite-silicon tandem cell developed by Chinese photovoltaic company Longi Green Energy achieved an efficiency of 33.9%, the highest record for perovskite-silicon tandem cells worldwide.

Barrières industrielles

1. Obstacles techniquesLe développement de cellules solaires à pérovskite nécessite une expertise technique importante et des recherches à long terme. Les nouveaux entrants dans l’industrie des cellules solaires à pérovskite sont confrontés au défi de percer dans des technologies critiques et de parvenir à des applications matures, ce qui peut prendre beaucoup de temps et d’efforts. La recherche et la production de matériaux, de cellules, de modules, de packs de batteries et de systèmes de gestion de batteries exigent toutes des capacités techniques élevées. Sans maîtriser ces technologies de base, les entreprises auront du mal à produire des produits compétitifs.2. Barrières de marqueL’industrie des cellules solaires à pérovskite se heurte à des barrières élevées à l’entrée des marques. Les facteurs clés qui influencent les choix des clients comprennent la sécurité des produits, la stabilité, la cohérence et les capacités de réponse rapide. Il faut généralement beaucoup de temps pour que les produits soient validés par le marché et gagnent la confiance des clients. Les entreprises dotées de solides capacités globales et de marques établies sont plus susceptibles de gagner la confiance des clients et de se démarquer dans le secteur.3. Barrières anti-échelleL’industrie des cellules solaires à pérovskite se heurte également à des barrières d’échelle importantes. La production à grande échelle bénéficie d’économies d’échelle, donnant aux entreprises financièrement solides un avantage significatif en matière d’approvisionnement en matières premières et d’opérations de production. De plus, des investissements continus sont nécessaires pour garder une longueur d’avance dans le développement technologique. Seules les grandes entreprises peuvent maintenir leur avantage concurrentiel grâce à une innovation et une recherche continues.

Chaîne industrielle

1. Analyse de la chaîne industrielle des cellules solaires pérovskites

The perovskite solar cell industry chain consists of upstream, midstream, and downstream segments. The upstream segment includes raw materials and equipment, such as perovskite compounds, target materials, TCO glass, and light-absorbing materials. Key equipment includes coating machines, laser machines, deposition equipment, and encapsulation machines. The midstream focuses on perovskite solar cell manufacturing, while the downstream segment involves applications in photovoltaic industries, LED production, catalysts, metal-air batteries, gas-sensing materials, and magnetic cooling materials.

2. Analyse des entreprises leaders

2.1 CATL (Amperex Technology Co., Ltd. contemporaine)Founded in 2011, CATL is one of the leading manufacturers of power batteries in China, focusing on new energy vehicle power systems, energy storage systems, and other applications. Their core technologies cover the entire value chain, from materials and battery cells to system integration and battery recycling. CATL has partnered with several leading domestic automakers and established a strong presence in global markets.In the perovskite solar cell field, CATL views perovskite tandem solar cells as a key future technology and is actively accelerating research and industrialization efforts. They are also advancing pilot-scale production to further their ambitions in the photovoltaic sector.2.2 Longi Green Energy Technology Co., Ltd.Established in 2000, Longi Green Energy is committed to becoming the world's most valuable solar technology company. The company focuses on technological innovation, offering solutions across monocrystalline silicon wafers, cells, modules, distributed photovoltaic systems, and hydrogen energy. With a brand mission of “making full use of the sun’s rays to create a green energy world,” Longi has become a global leader in high-efficiency silicon-based technology.In November 2022, Longi set a world record for silicon-based solar cell efficiency at 26.81%. By November 2023, Longi’s self-developed cellule solaire tandem à pérovskitea atteint une efficacité de 33,9%, établissant un nouveau record mondial. En 2023, les revenus de Longi provenant des modules et des cellules ont augmenté de 16,91 % d'une année sur l'autre, atteignant 99,199 milliards de RMB, principalement en raison de la hausse des ventes de modules solaires.

Statut actuel de l'industrie

Currently, emerging perovskite solar cell manufacturers in China are rapidly entering the market, pushing the industrialization of perovskite solar cells forward. The technology is still in its early stages of commercialization, with ongoing iterations in cell structure, material systems, manufacturing processes, and production equipment. Perovskite solar cell manufacturers are actively validating various technical pathways and accelerating the process of mass production. As of 2023, the penetration rate of perovskite solar cells in China stood at 0.2%. As the technology continues to mature, the adoption rate of perovskite solar cells is expected to increase in the future.

Opportunités et défis futurs

Despite the promising future for perovskite solar cells, several challenges remain for their widespread adoption. One of the main obstacles is the difficulty in achieving long-term stability and reliability, as perovskite solar cells are known to degrade faster than traditional silicon-based cells. Additionally, the cost of perovskite solar cells must be reduced to become competitive with other technologies. Companies must also address the challenges of scaling up production and overcoming regulatory hurdles to ensure that perovskite solar cells are both efficient and affordable.

Avantages des cellules solaires pérovskites

Perovskite solar cells offer several significant advantages compared to traditional silicon-based solar cells, making them a promising technology for future energy solutions. Below are some key advantages of perovskite solar cells:

1. Haute efficacité: L'efficacité des cellules solaires à pérovskite a rapidement augmenté ces dernières années, atteignant plus de 25 % pour les cellules à jonction unique et encore plus pour les cellules solaires tandem à pérovskite. Cette amélioration rapide est l’une des principales raisons pour lesquelles la technologie est considérée comme très attractive.
2. Faible coût: L'un des principaux avantages des cellules solaires à pérovskite est leur moindre coût de production. Le processus de fabrication des cellules solaires à pérovskite est moins complexe et moins gourmand en énergie que celui des cellules au silicium traditionnelles, ce qui entraîne potentiellement des prix plus bas.
3. Léger et flexible: Les cellules solaires flexibles en pérovskite peuvent être produites sur divers substrats, y compris des films plastiques, ce qui les rend idéales pour les applications où la légèreté et la flexibilité sont cruciales. Cette fonctionnalité ouvre de nouvelles possibilités pour les solutions énergétiques portables et portables.
4. Bande interdite personnalisable: La bande interdite des cellules solaires à pérovskite peut être ajustée en ajustant la composition chimique, leur permettant de capter un spectre de lumière solaire plus large. Cette propriété est particulièrement bénéfique pour la création de cellules solaires tandem entièrement à base de pérovskite à haut rendement.

Applications des cellules solaires pérovskites

The applications des cellules solaires pérovskitess'étendent au-delà des installations solaires conventionnelles sur les toits. Leur polyvalence permet une intégration dans un large éventail de contextes :

1. Photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV): Perovskite solar cell applications include incorporation into building materials like windows and facades. The cells' transparency and aesthetic appeal make them suitable for BIPV projects.
2. Appareils portables et portables: La nature légère des cellules solaires flexibles en pérovskite les rend idéales pour les appareils électroniques à petite échelle, tels que les chargeurs portables, les appareils portables et les capteurs.
3. Industrie automobile: Les cellules solaires pérovskites peuvent être intégrées dans les véhicules pour fournir une puissance supplémentaire à l'électronique embarquée ou même charger partiellement les véhicules électriques.
4. Applications spatiales: En raison de leurs propriétés de légèreté et de haut rendement, les cellules solaires à pérovskite sont à l'étude pour être utilisées dans des panneaux solaires spatiaux.

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Défis liés à la commercialisation des cellules solaires à pérovskite

Despite their potential, several challenges for commercializing perovskite solar cells need to be addressed before they can be widely adopted:

1. Problèmes de stabilité: Un défi important pour les fabricants de cellules solaires à pérovskite consiste à assurer la stabilité à long terme dans des conditions réelles. L’exposition à l’humidité, à l’oxygène et aux rayons UV peut dégrader les matériaux cellulaires, affectant ainsi leur durée de vie.
2. Évolutivité: Passer d'une production à l'échelle du laboratoire à une fabrication à grande échelle est une tâche complexe. Maintenir le rendement élevé des cellules solaires à pérovskite tout en augmentant la production constitue un obstacle majeur.
3. Problèmes de toxicité: L'utilisation de plomb dans les cellules solaires à pérovskite soulève des préoccupations environnementales et sanitaires. Les chercheurs travaillent au développement d’alternatives sans plomb, mais celles-ci n’atteignent pas encore les performances des cellules pérovskites traditionnelles.
4. Coût des cellules solaires à pérovskite: Bien que les cellules solaires à pérovskite soient moins chères à produire que les cellules au silicium, le prix global des cellules solaires à pérovskite doit encore diminuer pour une adoption généralisée sur le marché.

Structure des cellules solaires pérovskites

The structure des cellules solaires pérovskitesest relativement simple par rapport aux cellules au silicium traditionnelles. Il comprend généralement une couche absorbante en pérovskite prise en sandwich entre deux couches de transport :

1. Couche de transport d'électrons (ETL): Cette couche permet de transférer les électrons générés dans la couche de pérovskite vers le circuit externe.
2. Couche de pérovskite: La couche de pérovskite est le cœur de la cellule, où se produisent l'absorption de la lumière et la génération de paires électron-trou. Cette couche peut être personnalisée pour optimiser les performances de la cellule.
3. Couche de transport de trous (HTL): Cette couche collecte les trous (porteurs de charge positifs) et les transfère au circuit.
4. Substrat: La cellule entière est généralement construite sur un substrat, qui peut être rigide (verre) ou flexible (plastique), selon l'application.

Les cellules solaires à pérovskite sont-elles disponibles dans le commerce ?

One common question is: are perovskite solar cells commercially available? Currently, only a limited number of perovskite solar cell manufacturers have begun small-scale commercialization. Some companies are offering perovskite solar cells for niche applications such as portable electronics and research purposes. However, widespread adoption for large-scale power generation is still in the early stages due to the challenges mentioned earlier. As technology advances and perovskite solar cell price decreases, commercial availability is expected to expand.

Perspectives d'avenir

The future of perovskite solar cells is promising, with ongoing research aimed at overcoming existing barriers and enhancing performance. Continuous efforts to address stability, scalability, and environmental concerns will be crucial for the successful commercialization of perovskite solar cells. As a result, perovskite solar cell manufacturers are investing heavily in research and development, making this technology one to watch in the renewable energy market.

Comment fonctionnent les cellules solaires à pérovskite ?

Understanding how perovskite solar cells work requires a look into their unique structure and the way they convert sunlight into electricity. The process can be summarized in a few key steps:

1. Absorption de la lumière: Lorsque la lumière du soleil frappe la cellule solaire à pérovskite, la couche de pérovskite absorbe des photons, qui excitent ensuite les électrons du matériau, créant ainsi des paires électron-trou (également appelées excitons).
2. Séparation des charges: Les excitons sont séparés en électrons libres et en trous, qui sont collectés par les couches de transport d'électrons et de trous. La couche de transport d'électrons (ETL) transfère les électrons vers l'électrode, tandis que la couche de transport de trous (HTL) dirige les trous vers l'électrode opposée.
3. Recouvrement des frais: Les électrons et les trous séparés se déplacent vers leurs électrodes respectives, créant un courant électrique. Ce courant peut ensuite être utilisé pour alimenter des appareils externes.
4. Conversion d'énergie: L'électricité produite est du courant continu (DC), qui peut être converti en courant alternatif (AC) pour une utilisation dans la plupart des applications résidentielles et commerciales.

By optimizing each layer and improving the material quality, researchers are continually pushing the efficiency of perovskite solar cells higher.

Cellules solaires à pérovskite inversée utilisant des dopants à base de diméthylacridine

Recent advancements have led to the development of inverted perovskite solar cells using dimethylacridine-based dopants. In conventional perovskite cells, the electrons and holes travel in a particular direction, but inverted structures reverse this configuration. Inverted perovskite solar cells are beneficial for achieving better stability and are easier to integrate into tandem configurations.The addition of dimethylacridine-based dopants enhances the performance of the hole transport layer, increasing the overall efficiency of the cell. This innovation is a step toward solving some of the long-term stability issues of perovskite solar cells.

Cellules solaires flexibles en pérovskite

Flexible perovskite solar cells are a breakthrough technology that can be used in applications where traditional rigid solar panels are not suitable. By using flexible substrates such as plastic or thin metal foils, these cells can be bent, rolled, or even folded without losing efficiency. This makes them ideal for portable power solutions, wearable technology, and curved surfaces such as car roofs.The main challenge for flexible perovskite solar cells is maintaining stability and performance under mechanical stress. However, ongoing research is focused on improving the durability and lifespan of these flexible cells, making them a promising option for future energy solutions.

Fabricants de cellules solaires en pérovskite

Currently, there are a few key perovskite solar cell manufacturers leading the charge in commercializing this technology. Some of the top perovskite solar cell manufacturers include:

1. Oxford PV: Une société basée au Royaume-Uni spécialisée dans les cellules solaires tandem à pérovskite. Oxford PV a établi plusieurs records d'efficacité et se concentre désormais sur l'augmentation de la production à des fins commerciales.
2. Saule Technologies: Une entreprise polonaise pionnière dans les cellules solaires flexibles à pérovskite. Saule Technologies vise à amener les cellules solaires à pérovskite à une variété d'applications, du photovoltaïque intégré aux bâtiments (BIPV) à l'électronique portable.
3. GCL-Poly Energy Holdings: Une entreprise chinoise activement impliquée dans la recherche et le développement de cellules solaires à pérovskite. GCL investit dans des installations de production à grande échelle et prévoit d'entrer sur le marché commercial dans les années à venir.
4. Hunt Pérovskite Technologies: Basée aux États-Unis, Hunt Perovskite Technologies s'efforce de résoudre les problèmes de stabilité des cellules solaires à pérovskite et vise à introduire cette technologie sur le marché nord-américain.

These perovskite solar cell manufacturers are leading innovation and pushing the industry forward. As research progresses and production scales up, more companies are expected to join the market.

Conclusion : potentiel futur des cellules solaires à pérovskite

The future of perovskite solar cells looks promising as researchers continue to address challenges such as stability and scalability. With their unique properties and potential to combine with existing silicon cells, all perovskite tandem solar cells could soon lead to a new era in solar energy. As the cost of perovskite solar cells decreases and the technology matures, it is expected that these cells will play a key role in the global renewable energy market, providing a more affordable and efficient solution for solar power generation.

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