2024 são células solares de perovskita disponíveis comercialmente？

As células solares de perovskita estão ganhando força como uma nova geração de tecnologia fotovoltaica devido à sua alta eficiência e baixo custo de fabricação. Com os recentes avanços nas células solares em tandem de perovskita, que podem atingir mais de 30% de eficiência, o mercado está testemunhando maior interesse em adotar essas células. Em 2023, a taxa de penetração de células solares de perovskita na China foi de apenas 0,2%, indicando uma presença pequena, mas crescente. No entanto, é provável que a pesquisa em andamento e as políticas da indústria de apoio aumentem a adoção nos próximos anos.

Células solares de perovskita: definição e classificação

As células solares de perovskita são um tipo de célula solar de terceira geração que usa semicondutores de halogeneto orgânico-estruturado por perovskita como materiais de absorção de luz. Essas células são frequentemente chamadas de células solares de nova geração devido à sua estrutura única e alta eficiência. Atualmente, as células solares de perovskita atingiram um estágio crucial para comercialização. De acordo com os dados de 2023, a penetração de mercado das células solares de perovskita na China foi de cerca de 0,2%. À medida que a tecnologia continua a evoluir, espera-se que a taxa de adoção de células solares de perovskita na China cresça no futuro. Existem dois tipos principais de células solares de perovskita: células solares de junção única e perovskita em tandem. Uma célula de junção única contém uma estrutura simples de "sanduíche" de camadas de perovskita. Por outro lado, as células solares em tandem de perovskita podem empilhar várias camadas de perovskita ou combiná-las com células tradicionais à base de silício para criar uma estrutura que captura uma faixa mais ampla do espectro solar. Dependendo dos materiais utilizados, as células em tandem podem seguir diferentes configurações, incluindo células em tandem de silício/perovskita, todas as células solares em tandem de perovskita e células tandem de filmão fino/perovskita, como células tandem de CIGs/perovskite.

Políticas da Indústria

Nos últimos anos, a China implementou várias políticas para incentivar o desenvolvimento e a inovação da indústria de células solares de perovskita. Em janeiro de 2023, o Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação, juntamente com outros cinco departamentos, emitiu as "opiniões orientadoras sobre a promoção do desenvolvimento da indústria de eletrônicos de energia", que propôs o desenvolvimento coordenado de células solares de perovskita (incluindo células de tinisfilia de petrovskita/silicone), células de silicone-filmina-filmilmia-filmilizadas e microcristicações e microcristicações feniliconses de silício de silicone fino. O objetivo é expandir os campos de aplicação para incluir componentes BIPV, componentes automotivos e aplicações ao ar livre. Em março de 2024, o Escritório do Governo Provincial de Henan divulgou o "aviso sobre a aceleração do avanço das 'novas indústrias' na fabricação," enfatizando a necessidade de se concentrar no desenvolvimento de sistemas de silício de silício de cristalina. Isso inclui silício de cristal único de tamanho grande, silício policristalino e tecnologias de filme fino, além de novos materiais de células solares de perovskita de alta eficiência e células de filme fino CIGS. O objetivo é construir uma cadeia da indústria abrangente, cobrindo silano, silício granular, bolachas de silício de cristal único, células de bateria e usinas.

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História das células solares de perovskita

A história das células solares de perovskita começou em 1839, quando o cientista alemão Gustav Rose descobriu o mineral de perovskita. Em 2006, as células solares de perovskita foram usadas pela primeira vez em aplicações fotovoltaicas. Em 2009, o cientista japonês Miyasaka utilizou materiais de perovskita como absorvedores de luz nas células solares sensibilizadas por corantes, alcançando uma eficiência de conversão de energia de 3,8%. Em outubro de 2021, os pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia da Coréia alcançaram uma eficiência de 25,8% para células solares de perovskita de junção única. Em agosto de 2022, a Academia de Ciências Chinesa relatou uma eficiência de 25,6%. Em outubro de 2020, o Laboratório Nacional de Energia Renovável do Departamento de Energia dos EUA alcançou uma eficiência de 23,1% para todas as células solares em tandem de perovskita. Em dezembro de 2020, o Oxford PV do Reino Unido estabeleceu um recorde com 29,5% de eficiência para células em tandem de perovskita/silício. 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 US-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 células em tandem perovskite-silicon em todo o mundo.

Barreiras da Indústria

1. Barreiras TécnicasO desenvolvimento de células solares de perovskita requer experiência técnica significativa e pesquisa de longo prazo. Novos participantes na indústria de células solares de perovskita enfrentam o desafio de romper tecnologias críticas e alcançar aplicações maduras, o que pode levar um tempo e esforço consideráveis. A pesquisa e produção de materiais, células, módulos, bateria e sistemas de gerenciamento de bateria exigem altos recursos técnicos. Sem dominar essas tecnologias principais, as empresas terão dificuldades para produzir produtos competitivos.2. Barreiras da marcaA indústria de células solares perovskite possui altas barreiras de entrada de marca. Os principais fatores que influenciam as opções do cliente incluem segurança do produto, estabilidade, consistência e recursos de resposta rápida. Normalmente, leva muito tempo para que os produtos sejam validados pelo mercado e ganhem confiança do cliente. Empresas com fortes capacidades gerais e marcas estabelecidas têm maior probabilidade de ganhar confiança do cliente e se destacar no setor.3. Barreiras de escalaA indústria de células solares de perovskita também possui barreiras substanciais em escala. A produção em larga escala se beneficia das economias de escala, dando às empresas financeiras uma vantagem significativa nas operações de compras e produção de matérias-primas. Além disso, o investimento contínuo é necessário para permanecer à frente no desenvolvimento de tecnologia. Somente empresas em larga escala podem manter sua vantagem competitiva por meio de inovação e pesquisa em andamento.

Cadeia da Indústria

1. Análise de cadeia de células solares de células solares perovskita

A cadeia da indústria de células solares perovskita consiste em segmentos a montante, no meio e a jusante. O segmento a montante inclui matérias-primas e equipamentos, como compostos de perovskita, materiais de destino, vidro de TCO e materiais de absorção de luz. O equipamento -chave inclui máquinas de revestimento, máquinas a laser, equipamentos de deposição e máquinas de encapsulamento. O Midstream se concentra na fabricação de células solares de perovskita, enquanto o segmento a jusante envolve aplicações em indústrias fotovoltaicas, produção de LED, catalisadores, baterias de ar metal, materiais de detecção de gás e materiais de resfriamento magnético.

2. Análise das empresas líderes

2.1 CATL (Contemporary Amperex Technology Co., Ltd.)Fundada em 2011, a CATL é um dos principais fabricantes de baterias de energia na China, com foco em novos sistemas de energia de veículos energéticos, sistemas de armazenamento de energia e outras aplicações. Suas tecnologias principais cobrem toda a cadeia de valor, de materiais e células da bateria à integração do sistema e reciclagem de bateria. A CATL fez parceria com várias montadoras domésticas líderes e estabeleceu uma forte presença nos mercados globais. No campo de células solares de perovskita, o CATL vê as células solares em tandem de perovskita como uma tecnologia futura chave e está acelerando ativamente os esforços de pesquisa e industrialização. Eles também estão avançando a produção em escala piloto para promover suas ambições no setor fotovoltaico.2.2 Longi Green Energy Technology Co., Ltd.Fundada em 2000, a Longi Green Energy está comprometida em se tornar a empresa de tecnologia solar mais valiosa do mundo. A Companhia se concentra na inovação tecnológica, oferecendo soluções nas bolachas monocristalinas de silício, células, módulos, sistemas fotovoltaicos distribuídos e energia de hidrogênio. Com uma missão de marca de “fazer pleno uso dos raios do Sol para criar um mundo de energia verde”, Longi se tornou um líder global em tecnologia baseada em silício de alta eficiência. Em novembro de 2022, Longi estabeleceu um recorde mundial para a eficiência celular solar baseada em silício em 26,81%. Em novembro de 2023, Longi se desenvolveucélula solar tandem de perovskitaatingiu uma eficiência de 33,9%, estabelecendo um novo registro global. Em 2023, a receita de Longi de módulos e células aumentou 16,91% ano a ano, atingindo 99,199 bilhões de RMB, principalmente devido às vendas mais altas de módulos solares.

Status atual da indústria

Atualmente, os fabricantes emergentes de células solares de perovskita na China estão entrando rapidamente no mercado, empurrando a industrialização das células solares de perovskita para a frente. A tecnologia ainda está em seus estágios iniciais de comercialização, com iterações em andamento na estrutura celular, sistemas de materiais, processos de fabricação e equipamentos de produção. Os fabricantes de células solares de perovskita estão validando ativamente várias vias técnicas e acelerando o processo de produção em massa. Em 2023, a taxa de penetração de células solares de perovskita na China ficou em 0,2%. À medida que a tecnologia continua a amadurecer, a taxa de adoção de células solares de perovskita deve aumentar no futuro.

Oportunidades e desafios futuros

Apesar do futuro promissor para as células solares de perovskita, vários desafios permanecem para a adoção generalizada. Um dos principais obstáculos é a dificuldade em alcançar a estabilidade e a confiabilidade a longo prazo, como sabe-se que as células solares de perovskita se degradam mais rapidamente que as células tradicionais à base de silício. Além disso, o custo das células solares de perovskita deve ser reduzido para se tornar competitivo com outras tecnologias. As empresas também devem enfrentar os desafios de ampliar a produção e superar obstáculos regulatórios para garantir que as células solares de perovskita sejam eficientes e acessíveis.

Vantagens das células solares de perovskita

As células solares de perovskita oferecem várias vantagens significativas em comparação com as células solares tradicionais à base de silício, tornando-as uma tecnologia promissora para futuras soluções de energia. Abaixo estão algumas vantagens importantes das células solares de perovskita:

1. Alta eficiência: A eficiência das células solares de perovskita aumentou rapidamente nos últimos anos, atingindo mais de 25% para células de junção única e ainda mais altas para células solares em tandem de perovskita. Essa rápida melhoria é uma das principais razões pelas quais a tecnologia é considerada altamente atraente.
2. Baixo Custo: Um dos principais benefícios das células solares de perovskita é o menor custo de produção. O processo de fabricação para células solares de perovskita é menos complexo e intensivo em energia do que o das células tradicionais de silício, levando a preços potencialmente mais baixos.
3. Leve e flexível: As células solares de perovskita flexíveis podem ser produzidas em vários substratos, incluindo filmes plásticos, tornando -os ideais para aplicações onde leve e flexibilidade são cruciais. Esse recurso abre novas possibilidades para soluções de energia portátil e vestível.
4. Bandgap personalizável: A banda das células solares de perovskita pode ser ajustada ajustando a composição química, permitindo que eles capturem um espectro mais amplo da luz solar. Essa propriedade é especialmente benéfica para criar células solares em tandem em tandem de alta eficiência.

Aplicações de células solares de perovskita

O Aplicações de células solares de perovskitaEstenda além das instalações solares convencionais na cobertura. Sua versatilidade permite a integração em uma ampla gama de configurações:

1. Fotovoltaicos integrados ao edifício (BIPV): As aplicações de células solares perovskite incluem incorporação em materiais de construção, como janelas e fachadas. A transparência e o apelo estético das células os tornam adequados para projetos BIPV.
2. Dispositivos portáteis e vestíveis: A natureza leve das células solares de perovskita flexíveis as torna ideais para eletrônicos em pequena escala, como carregadores portáteis, wearables e sensores.
3. Indústria automobilística: As células solares de perovskita podem ser integradas aos veículos para fornecer energia adicional para eletrônicos a bordo ou até mesmo veículos elétricos de carga parcial.
4. Aplicações Espaciais: Devido às suas propriedades leves e de alta eficiência, as células solares de perovskita estão sendo exploradas para uso em painéis solares à base de espaço.

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Desafios para comercializar células solares de perovskita

Apesar de seu potencial, vários desafios para comercializar as células solares de perovskita precisam ser abordadas antes de serem amplamente adotadas:

1. Problemas de estabilidade: Um desafio significativo para os fabricantes de células solares de perovskita é garantir a estabilidade a longo prazo em condições do mundo real. A exposição à umidade, oxigênio e luz UV pode degradar os materiais celulares, afetando sua vida útil.
2. Escalabilidade: A transição da produção em escala de laboratório para a fabricação em larga escala é uma tarefa complexa. Manter a alta eficiência das células solares de perovskita durante a ampliação da produção é um obstáculo fundamental.
3. Preocupações com toxicidade: O uso do chumbo nas células solares de perovskita levanta preocupações ambientais e de saúde. Os pesquisadores estão trabalhando para desenvolver alternativas sem chumbo, mas elas ainda não correspondem ao desempenho das células de perovskita tradicionais.
4. Custo das células solares de perovskita: Embora as células solares de perovskita sejam mais baratas de produzir do que as células de silício, o preço geral das células solares de perovskita deve diminuir ainda mais para a adoção generalizada do mercado.

Estrutura de células solares de perovskita

O Estrutura de células solares de perovskitaé relativamente simples em comparação com as células de silício tradicionais. Normalmente, inclui uma camada de absorvedor de perovskita imprensada entre duas camadas de transporte:

1. Camada de transporte de elétrons (ETL): Esta camada ajuda a transferir elétrons gerados na camada de perovskita para o circuito externo.
2. Camada de Perovskita: A camada de perovskita é o coração da célula, onde ocorrem absorção de luz e geração de pares de elétrons-orifícios. Essa camada pode ser personalizada para otimizar o desempenho da célula.
3. Camada de transporte de furo (HTL): Esta camada coleta orifícios (portadores de carga positiva) e os transfere para o circuito.
4. Substrato: Toda a célula é geralmente construída em um substrato, que pode ser rígido (vidro) ou flexível (plástico), dependendo da aplicação.

As células solares de perovskita estão disponíveis comercialmente?

Uma pergunta comum é: as células solares perovskite estão disponíveis comercialmente? Atualmente, apenas um número limitado de fabricantes de células solares de perovskita iniciaram a comercialização em pequena escala. Algumas empresas estão oferecendo células solares de perovskita para aplicações de nicho, como eletrônicos portáteis e fins de pesquisa. No entanto, a adoção generalizada para a geração de energia em larga escala ainda está nos estágios iniciais devido aos desafios mencionados anteriormente. À medida que a tecnologia avança e os preços das células solares de perovskita diminuem, a disponibilidade comercial deve se expandir.

Perspectivas Futuras

O futuro das células solares de perovskita é promissor, com pesquisas em andamento destinadas a superar as barreiras existentes e aumentar o desempenho. Os esforços contínuos para abordar a estabilidade, a escalabilidade e as preocupações ambientais serão cruciais para a comercialização bem -sucedida de células solares de perovskita. Como resultado, os fabricantes de células solares de perovskita estão investindo pesadamente em pesquisa e desenvolvimento, tornando essa tecnologia uma para assistir no mercado de energia renovável.

Como funcionam as células solares perovskite?

Compreender como as células solares perovskite requer uma olhada em sua estrutura única e na maneira como elas convertem a luz solar em eletricidade. O processo pode ser resumido em algumas etapas importantes:

1. Absorção de Luz: Quando a luz solar atinge a célula solar perovskita, a camada de perovskita absorve fótons, que excitam os elétrons no material, criando pares de orifícios de elétrons (também conhecidos como excitons).
2. Separação de Cargas: Os excitons são separados em elétrons e orifícios livres, que são coletados pelas camadas de transporte de elétrons e orifícios. A camada de transporte de elétrons (ETL) transfere elétrons para o eletrodo, enquanto a camada de transporte de orifícios (HTL) direciona os orifícios para o eletrodo oposto.
3. Cobrança de cobrança: Os elétrons e orifícios separados se movem para seus respectivos eletrodos, criando uma corrente elétrica. Essa corrente pode ser usada para alimentar dispositivos externos.
4. Conversão de Energia: A eletricidade gerada é a corrente direta (DC), que pode ser convertida em corrente alternada (CA) para uso na maioria das aplicações residenciais e comerciais.

Ao otimizar cada camada e melhorar a qualidade do material, os pesquisadores estão aumentando continuamente a eficiência das células solares de perovskita mais alto.

Células solares de perovskita invertida usando dopantes à base de dimetilacridina

Avanços recentes levaram ao desenvolvimento de células solares de perovskita invertidas usando dopantes à base de dimetilacridina. Nas células de perovskita convencionais, os elétrons e orifícios viajam em uma direção específica, mas as estruturas invertidas revertem essa configuração. As células solares perovskitas invertidas são benéficas para alcançar uma melhor estabilidade e são mais fáceis de integrar nas configurações em tandem. A adição de dopantes à base de dimetilacridina aumenta o desempenho da camada de transporte de orifícios, aumentando a eficiência geral da célula. Essa inovação é um passo para resolver algumas das questões de estabilidade a longo prazo das células solares de perovskita.

Células solares de perovskita flexíveis

As células solares de perovskita flexíveis são uma tecnologia inovadora que pode ser usada em aplicações onde os painéis solares rígidos tradicionais não são adequados. Usando substratos flexíveis, como folhas de metal plástico ou fino, essas células podem ser dobradas, enroladas ou até dobradas sem perder a eficiência. Isso os torna ideais para soluções de energia portátil, tecnologia vestível e superfícies curvas, como telhados de carro. O principal desafio para células solares de perovskita flexíveis é manter a estabilidade e o desempenho sob estresse mecânico. No entanto, a pesquisa em andamento está focada em melhorar a durabilidade e a vida útil dessas células flexíveis, tornando -as uma opção promissora para futuras soluções de energia.

Fabricantes de células solares de perovskita

Atualmente, existem alguns fabricantes importantes de células solares de perovskita que lideram a carga na comercialização dessa tecnologia. Alguns dos principais fabricantes de células solares de perovskita incluem:

1. Oxford P.V.: Uma empresa sediada no Reino Unido especializada em células solares em tandem perovskita. O Oxford PV estabeleceu vários registros de eficiência e agora está focado em ampliar a produção para uso comercial.
2. Saule Tecnologia: Uma empresa polonesa pioneira nas células solares de perovskita flexíveis. A Saule Technologies visa trazer células solares de perovskita para uma variedade de aplicações, desde fotovoltaicas integradas ao edifício (BIPV) até eletrônicos portáteis.
3. GCL-Poly Energy Holdings: Uma empresa chinesa envolvida ativamente na pesquisa e desenvolvimento de células solares de perovskita. A GCL está investindo em instalações de produção em larga escala e planeja entrar no mercado comercial nos próximos anos.
4. Tecnologias de caça perovskita: Com sede nos Estados Unidos, a Hunt Perovskite Technologies está trabalhando para superar as questões de estabilidade das células solares de perovskita e pretende levar essa tecnologia ao mercado norte -americano.

Esses fabricantes de células solares de perovskita estão liderando a inovação e impulsionando a indústria. À medida que a pesquisa progride e a produção aumenta, espera -se que mais empresas se juntem ao mercado.

Conclusão: potencial futuro para células solares de perovskita

O futuro das células solares de perovskita parece promissor, à medida que os pesquisadores continuam abordando desafios como estabilidade e escalabilidade. Com suas propriedades únicas e potencial para combinar com as células de silício existentes, todas as células solares em tandem de perovskita poderão levar em breve a uma nova era na energia solar. À medida que o custo das células solares de perovskita diminui e a tecnologia amadurece, espera -se que essas células desempenhem um papel fundamental no mercado global de energia renovável, fornecendo uma solução mais acessível e eficiente para a geração de energia solar.

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