2024 sono celle solari perovskite disponibili in commercio？

Le celle solari perovskite stanno guadagnando slancio come una nuova generazione di tecnologia fotovoltaica a causa della loro alta efficienza e dei bassi costi di produzione. Con i recenti progressi nelle celle solari in tandem perovskite, che possono ottenere un'efficienza di oltre il 30%, il mercato sta assistendo ad un maggiore interesse nell'adozione di queste cellule. Nel 2023, il tasso di penetrazione delle celle solari perovskite in Cina era solo di circa lo 0,2%, indicando una presenza piccola ma in crescita. Tuttavia, è probabile che le politiche di ricerca e industria di supporto continueranno a aumentare l'adozione nei prossimi anni.

Celle solari perovskite: definizione e classificazione

Le celle solari di perovskite sono un tipo di cella solare di terza generazione che utilizza semiconduttori di alogenuri organici inorganici strutturati per perovskite come materiali che assorbono la luce. Queste celle sono spesso indicate come celle solari di nuova generazione a causa della loro struttura unica e ad alta efficienza. Attualmente, le celle solari perovskite hanno raggiunto una fase cruciale per la commercializzazione. Secondo i dati del 2023, la penetrazione del mercato delle celle solari perovskite in Cina era di circa lo 0,2%. Man mano che la tecnologia continua a evolversi, il tasso di adozione delle celle solari perovskite in Cina dovrebbe crescere in futuro. Ci sono due tipi principali di celle solari perovskite: celle solari per perovskite in tandem. Una cella a giunzione singola contiene una semplice struttura "sandwich" degli strati di perovskite. Al contrario, le celle solari in tandem di perovskite possono impilare più strati di perovskite o combinarle con celle tradizionali a base di silicio per creare una struttura che catturi una gamma più ampia di spettro solare. A seconda dei materiali utilizzati, le celle in tandem possono seguire diverse configurazioni, tra cui cellule tandem di silicio/perovskite, tutte le celle solari in tandem perovskite e cellule tandem a film sottile/perovskite come celle di tandem CIGS/perovskite.

Politiche di settore

Negli ultimi anni, la Cina ha implementato molteplici politiche per incoraggiare lo sviluppo e l'innovazione dell'industria delle celle solari perovskite. Nel gennaio 2023, il Ministero dell'industria e della tecnologia dell'informazione, insieme ad altri cinque dipartimenti, emise le "opinioni guida sulla promozione dello sviluppo dell'industria dell'elettronica energetica", che proponeva lo sviluppo coordinato di cellule solari per aldem alimentare per perovskite/alte efficienza di alte efficienza. L'obiettivo è quello di espandere i campi di applicazione per includere componenti BIPV, componenti automobilistici e applicazioni all'aperto. Nel marzo 2024, l'ufficio del governo provinciale di Henan ha rilasciato l'avviso sull'accelerazione della svolta dei "sei" industrie nella produzione ", sottolineando la necessità di concentrarsi sullo sviluppo di materiali cellulari di footovolm in silicone cristallino. Ciò include il silicio a cristallo singolo di grandi dimensioni, il silicio policristallino e le tecnologie a film sottile, nonché nuovi materiali a celle solari per perovskite ad alta efficienza e celle a film sottile CIGS. L'obiettivo è quello di costruire una catena industriale completa che copre silano, silicio granulare, wafer di silicio a cristallo singolo, celle a batteria e centrali.

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Storia di celle solari perovskite

La storia delle celle solari perovskite iniziò nel 1839 quando lo scienziato tedesco Gustav Rose scoprì il minerale perovskite. Nel 2006, le celle solari perovskite sono state utilizzate per la prima volta nelle applicazioni fotovoltaiche. Nel 2009, lo scienziato giapponese Miyasaka ha utilizzato i materiali perovskite come assorbitori di luce nelle celle solari sensibilizzate a coloranti, ottenendo un'efficienza di conversione di potenza del 3,8%. Nell'ottobre 2021, i ricercatori del Corea Institute of Science and Technology hanno raggiunto un'efficienza del 25,8% per le celle solari perovskite a giunzione singola. Nell'agosto 2022, l'Accademia cinese delle scienze ha riportato un'efficienza del 25,6%. Nell'ottobre 2020, il National Renewable Energy Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha raggiunto un'efficienza del 23,1% per tutte le celle solari in tandem perovskite. Nel dicembre 2020, l'Oxford PV del Regno Unito ha stabilito un record con efficienza del 29,5% per le cellule in tandem di perovskite/silicio. Il Centro tedesco Helmholtz ha aumentato questo al 29,8%nel novembre 2021 e, nel luglio 2022, l'EPFL della Svizzera ha raggiunto il 31,3%. In 3 novembre 2023, il National China National Renewable Energy Laboratory (NREL) ha certificato un record di Elegtion per l'efficienza di livello perovskite-Silicon Sviluppato dalla società di energia verde cinese ha ottenuto un'efficienza di livello superiore, il record di HEFFICH, il dipezionamento per il massimo efficienza, il record per il massimo efficienza ha ottenuto un record di altissimo livello per l'efficienza di distanza per l'efficienza di distanza 33.9%. cellule tandem di perovskite-silicon in tutto il mondo.

Barriere del settore

1. Barriere tecnicheLo sviluppo di celle solari perovskite richiede una significativa competenza tecnica e ricerche a lungo termine. I nuovi concorrenti nell'industria delle cellule solari perovskite affrontano la sfida di sfondare le tecnologie critiche e raggiungere applicazioni mature, che possono richiedere tempo e sforzi considerevoli. La ricerca e la produzione di materiali, celle, moduli, pacchetti di batterie e sistemi di gestione delle batterie richiedono tutte capacità tecniche elevate. Senza padroneggiare queste tecnologie di base, le aziende faranno fatica a produrre prodotti competitivi.2. Barriere del marchioL'industria delle celle solari perovskite ha barriere di ingresso al marchio elevate. I fattori chiave che influenzano le scelte dei clienti includono la sicurezza del prodotto, la stabilità, la coerenza e le funzionalità di risposta rapida. In genere ci vuole molto tempo affinché i prodotti siano validati dal mercato e guadagnano la fiducia dei clienti. Le aziende con forti capacità complessive e marchi consolidati hanno maggiori probabilità di vincere la fiducia dei clienti e si distinguono nel settore.3. Barriere di scalaL'industria delle cellule solari perovskite ha anche barriere su scala sostanziali. La produzione su larga scala beneficia delle economie di scala, offrendo alle aziende finanziarie un vantaggio significativo nelle operazioni di approvvigionamento e produzione di materie prime. Inoltre, sono necessari investimenti continui per restare avanti nello sviluppo della tecnologia. Solo le imprese su larga scala possono mantenere il proprio vantaggio competitivo attraverso l'innovazione e la ricerca in corso.

Catena industriale

1. Analisi della catena del settore solare per celle solari perovskite

La catena dell'industria delle cellule solari perovskite è costituita da segmenti a monte, a metà stream e a valle. Il segmento a monte comprende materie prime e attrezzature, come composti perovskite, materiali bersaglio, vetro TCO e materiali che assorbono la luce. Le attrezzature chiave includono macchine per rivestimento, macchine laser, attrezzature di deposizione e macchine incapsulanti. Il Midstream si concentra sulla produzione di celle solari perovskite, mentre il segmento a valle prevede applicazioni nelle industrie fotovoltaiche, produzione a LED, catalizzatori, batterie in metallo, materiali di rilevamento del gas e materiali di raffreddamento magnetico.

2. Analisi delle aziende principali

2.1 CATL (contemporanea Amperex Technology Co., Ltd.)Fondata nel 2011, CATL è uno dei principali produttori di batterie di energia in Cina, concentrandosi su nuovi sistemi di alimentazione per veicoli energetici, sistemi di accumulo di energia e altre applicazioni. Le loro tecnologie principali coprono l'intera catena del valore, dai materiali e dalle celle della batteria all'integrazione del sistema e al riciclaggio della batteria. CATL ha collaborato con diverse principali case automobilistiche domestiche e ha stabilito una forte presenza nei mercati globali. Nel campo delle celle solari perovskite, Catl vede le celle solari in tandem perovskite come una tecnologia futura chiave e sta accelerando attivamente gli sforzi di ricerca e industrializzazione. Stanno inoltre avanzando la produzione su scala pilota per promuovere le loro ambizioni nel settore fotovoltaico.2.2 Longi Green Energy Technology Co., Ltd.Fondata nel 2000, Longi Green Energy è impegnata a diventare la più preziosa azienda di tecnologia solare al mondo. La società si concentra sull'innovazione tecnologica, offrendo soluzioni attraverso wafer di silicio monocristallino, cellule, moduli, sistemi fotovoltaici distribuiti e energia idrogeno. Con una missione di marca di "sfruttare pienamente i raggi del sole per creare un mondo dell'energia verde", Longi è diventato un leader globale nella tecnologia a base di silicio ad alta efficienza. Nel novembre 2022, Longi ha stabilito un record mondiale per l'efficienza delle cellule solari a base di silicio al 26,81%. A novembre 2023, Longi è auto-sviluppatocella solare tandem in perovskiteha raggiunto un'efficienza del 33,9%, stabilendo un nuovo record globale. Nel 2023, le entrate di Longi da moduli e cellule sono aumentate del 16,91% su base annua, raggiungendo 99,199 miliardi di RMB, principalmente a causa delle più elevate vendite di moduli solari.

Stato attuale del settore

Attualmente, i produttori di celle solari di perovskite emergenti in Cina stanno rapidamente entrando nel mercato, spingendo avanti l'industrializzazione delle celle solari perovskite. La tecnologia è ancora nelle prime fasi di commercializzazione, con iterazioni in corso nella struttura cellulare, nei sistemi di materiale, nei processi di produzione e nelle attrezzature di produzione. I produttori di celle solari perovskite stanno attivamente convalidando vari percorsi tecnici e accelerano il processo di produzione di massa. A partire dal 2023, il tasso di penetrazione delle celle solari perovskite in Cina si attestava allo 0,2%. Man mano che la tecnologia continua a maturare, il tasso di adozione delle celle solari perovskite dovrebbe aumentare in futuro.

Opportunità e sfide future

Nonostante il futuro promettente per le celle solari perovskite, permangono diverse sfide per la loro adozione diffusa. Uno dei principali ostacoli è la difficoltà nel raggiungere la stabilità e l'affidabilità a lungo termine, poiché le celle solari perovskite sono note per degradare più velocemente delle tradizionali cellule a base di silicio. Inoltre, il costo delle celle solari perovskite deve essere ridotto per diventare competitivo con altre tecnologie. Le aziende devono inoltre affrontare le sfide del ridimensionamento della produzione e del superamento degli ostacoli normativi per garantire che le celle solari perovskite siano efficienti e convenienti.

Vantaggi delle celle solari perovskite

Le celle solari perovskite offrono diversi vantaggi significativi rispetto alle tradizionali celle solari a base di silicio, rendendole una tecnologia promettente per le future soluzioni energetiche. Di seguito sono riportati alcuni vantaggi chiave delle celle solari perovskite:

1. Alta efficienza: L'efficienza delle celle solari perovskite è rapidamente aumentata negli ultimi anni, raggiungendo oltre il 25% per le celle a giunzione singola e ancora più elevata per le celle solari in tandem di perovskite. Questo rapido miglioramento è uno dei motivi principali per cui la tecnologia è considerata molto attraente.
2. Basso Costo: Uno dei principali vantaggi delle celle solari perovskite è il loro costo di produzione inferiore. Il processo di produzione per le celle solari perovskite è meno complesso e ad alta intensità di energia di quello delle tradizionali cellule di silicio, portando a prezzi potenzialmente più bassi.
3. Leggero e flessibile: Cellule solari perovskite flessibili possono essere prodotte su vari substrati, compresi i film di plastica, rendendole ideali per applicazioni in cui sono cruciali leggeri e flessibilità. Questa funzione apre nuove possibilità per soluzioni energetiche portatili e indossabili.
4. Bandgap personalizzabile: Il gap di banda delle celle solari perovskite può essere sintonizzato regolando la composizione chimica, consentendo loro di catturare uno spettro più ampio di luce solare. Questa proprietà è particolarmente vantaggiosa per la creazione di celle solari in tandem per perovskite ad alta efficienza.

Applicazioni di celle solari perovskite

Il Applicazioni di celle solari perovskiteestendere oltre installazioni solari sul tetto convenzionali. La loro versatilità consente l'integrazione in una vasta gamma di impostazioni:

1. Fotovoltaici integrati per l'edificio (BIPV): Le applicazioni di celle solari perovskite includono l'incorporazione in materiali da costruzione come finestre e facciate. La trasparenza e il fascino estetico delle cellule li rendono adatti a progetti BIPV.
2. Dispositivi portatili e indossabili: La natura leggera delle celle solari perovskite flessibili le rende ideali per l'elettronica su piccola scala, come caricabatterie portatili, dispositivi indossabili e sensori.
3. Industria automobilistica: Le celle solari di perovskite possono essere integrate nei veicoli per fornire energia aggiuntiva per l'elettronica integrata o persino i veicoli elettrici parzialmente caricati.
4. Applicazioni spaziali: A causa delle loro proprietà leggero e ad alta efficienza, le celle solari perovskite vengono esplorate per l'uso nei pannelli solari a base di spazio.

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Sfide per la commercializzazione di celle solari perovskite

Nonostante il loro potenziale, è necessario affrontare diverse sfide per la commercializzazione di celle solari perovskite prima che possano essere ampiamente adottate:

1. Problemi di stabilità: Una sfida significativa per i produttori di celle solari perovskite è garantire stabilità a lungo termine in condizioni del mondo reale. L'esposizione all'umidità, all'ossigeno e alla luce UV può degradare i materiali cellulari, influenzando la loro durata della vita.
2. Scalabilità: Il passaggio dalla produzione su scala di laboratorio alla produzione su larga scala è un compito complesso. Mantenere un'elevata efficienza delle celle solari perovskite mentre il ridimensionamento della produzione è un ostacolo chiave.
3. Preoccupazioni sulla tossicità: L'uso del piombo nelle celle solari perovskite solleva problemi ambientali e di salute. I ricercatori stanno lavorando per sviluppare alternative senza piombo, ma questi devono ancora abbinare le prestazioni delle tradizionali cellule perovskite.
4. Costo delle celle solari alla perovskite: Sebbene le celle solari perovskite siano più economiche da produrre rispetto alle celle di silicio, il prezzo complessivo di cella solare perovskite deve diminuire ulteriormente per l'adozione diffusa del mercato.

Struttura delle celle solari perovskite

Il Struttura delle celle solari perovskiteè relativamente semplice rispetto alle cellule di silicio tradizionali. In genere include uno strato di assorbitore di perovskite inserito tra due strati di trasporto:

1. Strato di trasporto degli elettroni (ETL): Questo strato aiuta a trasferire gli elettroni generati nello strato di perovskite sul circuito esterno.
2. Strato di perovskite: Lo strato di perovskite è il cuore della cella, in cui si verificano l'assorbimento della luce e la generazione di coppie di buchi elettronici. Questo livello può essere personalizzato per ottimizzare le prestazioni della cella.
3. Strato di trasporto dei fori (HTL): Questo strato raccoglie buchi (portatori di carica positivi) e li trasferisce al circuito.
4. Substrato: L'intera cella è generalmente costruita su un substrato, che può essere rigido (vetro) o flessibile (plastica), a seconda dell'applicazione.

Le celle solari perovskite sono disponibili in commercio?

Una domanda comune è: le celle solari perovskite sono disponibili in commercio? Attualmente, solo un numero limitato di produttori di celle solari perovskite ha iniziato la commercializzazione su piccola scala. Alcune aziende offrono celle solari perovskite per applicazioni di nicchia come elettronica portatile e scopi di ricerca. Tuttavia, l'adozione diffusa per la generazione di energia su larga scala è ancora nelle prime fasi a causa delle sfide menzionate in precedenza. Man mano che la tecnologia avanza e il prezzo delle celle solari perovskite diminuisce, la disponibilità commerciale dovrebbe espandersi.

Prospettive future

Il futuro delle celle solari perovskite è promettente, con ricerche in corso volte a superare le barriere esistenti e migliorare le prestazioni. Gli sforzi continui per affrontare la stabilità, la scalabilità e le preoccupazioni ambientali saranno cruciali per la commercializzazione di successo delle celle solari perovskite. Di conseguenza, i produttori di celle solari perovskite stanno investendo molto nella ricerca e nello sviluppo, rendendo questa tecnologia uno da guardare nel mercato delle energie rinnovabili.

Come funzionano le celle solari perovskite?

Comprendere come funzionano le celle solari perovskite richiede uno sguardo alla loro struttura unica e al modo in cui convertono la luce solare in elettricità. Il processo può essere riassunto in alcuni passaggi chiave:

1. Assorbimento della luce: Quando la luce solare colpisce la cella solare perovskite, lo strato di perovskite assorbe i fotoni, che poi eccitano gli elettroni nel materiale, creando coppie di buchi elettronici (noti anche come eccitatori).
2. Separazione della carica: Gli eccitoni sono separati in elettroni e buchi liberi, che vengono raccolti dagli strati di trasporto di elettroni e fori. Lo strato di trasporto di elettroni (ETL) trasferisce gli elettroni all'elettrodo, mentre lo strato di trasporto dei fori (HTL) dirige i fori verso l'elettrodo opposto.
3. Raccolta addebiti: Gli elettroni e i fori separati si spostano verso i rispettivi elettrodi, creando una corrente elettrica. Questa corrente può quindi essere utilizzata per alimentare i dispositivi esterni.
4. Conversione energetica: L'elettricità generata è corrente continua (DC), che può essere convertita in corrente alternata (AC) per l'uso nella maggior parte delle applicazioni residenziali e commerciali.

Ottimizzando ogni strato e migliorando la qualità del materiale, i ricercatori spingono continuamente l'efficienza delle celle solari perovskite più in alto.

Cellule solari perovskite invertite con droganti a base di dimetilacridina

I recenti progressi hanno portato allo sviluppo di celle solari perovskite invertite usando droganti a base di dimetilacridina. Nelle celle di perovskite convenzionali, gli elettroni e i fori viaggiano in una direzione particolare, ma le strutture invertite invertono questa configurazione. Le celle solari perovskite invertite sono utili per ottenere una migliore stabilità e sono più facili da integrare in configurazioni in tandem. L'aggiunta di droganti a base di dimetilacridina migliora le prestazioni dello strato di trasporto dei fori, aumentando l'efficienza complessiva della cellula. Questa innovazione è un passo verso la risoluzione di alcuni dei problemi di stabilità a lungo termine delle celle solari perovskite.

Celle solari perovskite flessibili

Le celle solari perovskite flessibili sono una tecnologia rivoluzionaria che può essere utilizzata in applicazioni in cui i tradizionali pannelli solari rigidi non sono adatti. Utilizzando substrati flessibili come fogli di plastica o sottili metallici, queste cellule possono essere piegate, arrotolate o persino piegate senza perdere efficienza. Ciò li rende ideali per soluzioni di alimentazione portatile, tecnologia indossabile e superfici curve come i tetti per auto. La sfida principale per le celle solari perovskite flessibili è mantenere la stabilità e le prestazioni sotto stress meccanico. Tuttavia, la ricerca in corso si concentra sul miglioramento della durata e della durata della vita di queste cellule flessibili, rendendole un'opzione promettente per le future soluzioni energetiche.

Produttori di celle solari perovskite

Attualmente, ci sono alcuni produttori chiave di celle solari perovskite che guidano la carica di commercializzare questa tecnologia. Alcuni dei principali produttori di celle solari perovskite includono:

1. Oxford fotovoltaico: Una società con sede nel Regno Unito specializzata in celle solari in tandem perovskite. Oxford PV ha stabilito più record di efficienza e ora si concentra sul ridimensionamento della produzione per uso commerciale.
2. Tecnologie Saule: Una società polacca che pionierisce celle solari perovskite flessibili. Saule Technologies mira a portare celle solari perovskite in una varietà di applicazioni, dal fotovoltaico integrato per l'edificio (BIPV) all'elettronica portatile.
3. GCL-Poly Energy Holdings: Una società cinese attivamente coinvolta nella ricerca e nello sviluppo delle celle solari perovskite. GCL sta investendo in strutture di produzione su larga scala e prevede di entrare nel mercato commerciale nei prossimi anni.
4. Caccia alle tecnologie della perovskite: Con sede negli Stati Uniti, Hunt Perovskite Technologies sta lavorando per superare i problemi di stabilità delle celle solari perovskite e mira a portare questa tecnologia al mercato nordamericano.

Questi produttori di celle solari perovskite stanno guidando l'innovazione e spingendo il settore in avanti. Man mano che la ricerca avanza e la produzione aumenta, si prevede che più aziende si uniranno al mercato.

Conclusione: potenziale futuro per le celle solari perovskite

Il futuro delle celle solari perovskite sembra promettente poiché i ricercatori continuano ad affrontare sfide come stabilità e scalabilità. Con le loro proprietà uniche e il potenziale per combinarsi con le celle al silicio esistenti, tutte le celle solari in tandem perovskite potrebbero presto portare a una nuova era in energia solare. Man mano che il costo delle celle solari perovskite diminuisce e la tecnologia matura, si prevede che queste cellule svolgeranno un ruolo chiave nel mercato globale delle energie rinnovabili, fornendo una soluzione più conveniente ed efficiente per la produzione di energia solare.

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