2024 As células solares de perovskita estão disponíveis comercialmente？

As células solares de perovskita estão ganhando impulso como uma nova geração de tecnologia fotovoltaica devido à sua alta eficiência e baixo custo de fabricação. Com os recentes avanços nas células solares tandem de perovskita, que podem atingir mais de 30% de eficiência, o mercado está testemunhando um interesse crescente na adoção dessas células. Em 2023, a taxa de penetração das células solares de perovskita na China foi de apenas cerca de 0,2%, indicando uma presença pequena, mas crescente. No entanto, a investigação em curso e as políticas industriais de apoio provavelmente impulsionarão a adoção nos próximos anos.

Células solares de perovskita: definição e classificação

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.

Políticas da Indústria

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.

Pronto para atualizar sua solução de bateria? Escolha a bateria MANLY para desempenho e confiabilidade de alto nível, apoiada por uma garantia de 10 anos e certificações globais!

História das células solares de perovskita

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.

Barreiras da Indústria

1. Barreiras TécnicasO desenvolvimento de células solares de perovskita requer conhecimentos técnicos significativos e pesquisas de longo prazo. Os novos participantes na indústria de células solares de perovskita enfrentam o desafio de romper tecnologias críticas e alcançar aplicações maduras, o que pode exigir tempo e esforço consideráveis. A pesquisa e produção de materiais, células, módulos, baterias e sistemas de gerenciamento de baterias exigem altas capacidades técnicas. Sem dominar estas tecnologias essenciais, as empresas terão dificuldade em produzir produtos competitivos.2. Barreiras da marcaA indústria de células solares de perovskita tem altas barreiras de entrada de marcas. Os principais fatores que influenciam as escolhas do cliente incluem segurança do produto, estabilidade, consistência e capacidade de resposta rápida. Normalmente leva muito tempo para que os produtos sejam validados pelo mercado e ganhem a confiança do cliente. Empresas com fortes capacidades gerais e marcas estabelecidas têm maior probabilidade de conquistar a confiança dos clientes e se destacar no setor.3. Barreiras de escalaA indústria de células solares de perovskita também apresenta barreiras de escala substanciais. A produção em grande escala beneficia de economias de escala, proporcionando às empresas financeiramente fortes uma vantagem significativa na aquisição de matérias-primas e nas operações de produção. Além disso, é necessário investimento contínuo para permanecer à frente no desenvolvimento tecnológico. Só as grandes empresas podem manter a sua vantagem competitiva através da inovação e da investigação contínuas.

Cadeia da Indústria

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

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. Análise de empresas líderes

2.1 CATL (Tecnologia Contemporânea Amperex Co., Ltd.)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 célula solar tandem de perovskitaatingiu uma eficiência de 33,9%, estabelecendo um novo recorde global. Em 2023, a receita de módulos e células da Longi aumentou 16,91% ano a ano, atingindo 99,199 bilhões de RMB, principalmente devido ao aumento nas vendas de módulos solares.

Status atual da indústria

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.

Oportunidades e desafios futuros

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.

Vantagens das células solares de perovskita

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. 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 alta para células solares tandem de perovskita. Esta rápida melhoria é uma das principais razões pelas quais a tecnologia é considerada altamente atrativa.
2. Baixo Custo: Um dos principais benefícios das células solares de perovskita é o menor custo de produção. O processo de fabricação das células solares de perovskita é menos complexo e consome muita energia do que o das células de silício tradicionais, levando a preços potencialmente mais baixos.
3. Leve e flexível: Células solares flexíveis de perovskita podem ser produzidas em vários substratos, incluindo filmes plásticos, tornando-as ideais para aplicações onde leveza e flexibilidade são cruciais. Este recurso abre novas possibilidades para soluções de energia portáteis e vestíveis.
4. Bandgap personalizável: O bandgap das células solares de perovskita pode ser ajustado ajustando a composição química, permitindo-lhes capturar um espectro mais amplo de luz solar. Esta propriedade é especialmente benéfica para a criação de células solares tandem de perovskita de alta eficiência.

Aplicações de células solares de perovskita

The aplicações de células solares de perovskitavão além das instalações solares convencionais em telhados. A sua versatilidade permite a integração numa ampla gama de configurações:

1. Energia Fotovoltaica Integrada em Edifícios (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. Dispositivos portáteis e vestíveis: A natureza leve das células solares flexíveis de perovskita as torna ideais para eletrônicos de pequena escala, como carregadores portáteis, wearables e sensores.
3. Indústria automobilística: As células solares de perovskita podem ser integradas em veículos para fornecer energia adicional para a eletrônica de bordo ou até mesmo carregar parcialmente veículos elétricos.
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 espaciais.

Precisa de uma bateria confiável para armazenamento de energia? A MANLY Battery oferece opções customizadas para atender às suas necessidades, garantindo sempre segurança e qualidade.

Desafios para a comercialização de células solares de perovskita

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

1. Problemas de estabilidade: Um desafio significativo para os fabricantes de células solares de perovskita é garantir a estabilidade a longo prazo em condições reais. 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 grande escala é uma tarefa complexa. Manter a alta eficiência das células solares de perovskita e, ao mesmo tempo, aumentar a produção é um obstáculo importante.
3. Preocupações com toxicidade: O uso de chumbo em células solares de perovskita levanta preocupações ambientais e de saúde. Os pesquisadores estão trabalhando para desenvolver alternativas sem chumbo, mas estas ainda não alcançaram o desempenho das células tradicionais de perovskita.
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 uma ampla adoção no mercado.

Estrutura das células solares de perovskita

The estrutura das células solares de perovskitaé relativamente simples em comparação com células de silício tradicionais. Normalmente inclui uma camada absorvente 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 a absorção de luz e a geração de pares elétron-buraco. Esta camada pode ser customizada para otimizar o desempenho da célula.
3. Camada de transporte de furo (HTL): Esta camada coleta buracos (portadores de carga positiva) e os transfere para o circuito.
4. Substrato: A célula inteira geralmente é construída sobre um substrato, que pode ser rígido (vidro) ou flexível (plástico), dependendo da aplicação.

As células solares de perovskita estão disponíveis comercialmente?

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.

Perspectivas Futuras

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.

Como funcionam as células solares de perovskita?

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

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

Células solares de perovskita invertida usando dopantes à base de dimetilacridina

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.

Células solares flexíveis de perovskita

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.

Fabricantes de células solares de perovskita

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 P.V.: Uma empresa com sede no Reino Unido especializada em células solares tandem de perovskita. Oxford PV estabeleceu vários recordes de eficiência e agora está focada em aumentar a produção para uso comercial.
2. Saule Tecnologia: Uma empresa polonesa pioneira em células solares flexíveis de perovskita. A Saule Technologies pretende levar células solares de perovskita para uma variedade de aplicações, desde energia fotovoltaica integrada em edifícios (BIPV) até eletrônica portátil.
3. GCL-Poly Energy Holdings: Uma empresa chinesa ativamente envolvida 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 os problemas de estabilidade das células solares de perovskita e pretende trazer esta tecnologia para o mercado norte-americano.

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.

Conclusão: Potencial Futuro para Células Solares de Perovskita

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.

Saiba mais sobre bateria