ペロブスカイト太陽電池の利点、課題、製造プロセス、将来の展望

ペロブスカイト 太陽電池 は新しくてエキサイティングなエネルギー技術です。これらはすぐに改善され、通常のシリコンセルとは異なる特別な機能を備えています。

1. 2012 年には、その効率はわずか 10% でした。

2. 2016年までにシリコン電池と同様に22％にまで成長した。

3. 今、彼らは到着します 効率26.1% 。将来的には、シリコンと組み合わせると 44% に達する可能性があります。

これらの細胞 製造コストが安く、さまざまな方法で機能し、薄暗い場所でもうまく機能します。これらの利点により、再生可能エネルギーをより安く、すべての人にとってより良いものにすることができます。

重要なポイント

• ペロブスカイト太陽電池の効率は急速に向上し、26.1% に達しました。シリコンと組み合わせると、最大 44% に達する可能性があります。

• これらのセルは、通常のシリコンセルよりも製造コストが低くなります。より安価な材料を使用し、製造時に必要な熱も低くなります。

• 柔軟性があるため、ポータブルガジェットに使用できます。また、特殊な表面でも機能するため、さまざまな用途に役立ちます。

• ペロブスカイトセルの作成は、スピンコーティングなどの簡単な方法を使用することで、より簡単になります。これにより、必要なコストとエネルギーの両方が削減されます。

• ただし、安定性に問題があります。湿気や光はそれらを損傷し、寿命を縮める可能性があります。

• ペロブスカイト材料には鉛が含まれているため、環境への懸念があります。科学者たちはより安全な選択肢の開発に取り組んでいます。

• ペロブスカイト太陽電池の需要は大幅に増加すると予想されています。これは技術の向上と製造方法の改善によるものです。

• タンデムセルでペロブスカイトとシリコンを混合すると効率が向上します。このため、将来のクリーン エネルギー ソリューションにとって優れた選択肢となります。

ペロブスカイト太陽電池の利点

高効率

広い光吸収スペクトル

ペロブスカイト太陽電池は、多くの種類の光を吸収するため特別です。これは、通常のシリコンセルよりも多くの太陽光を捉えることができることを意味します。曇りの日や朝でも効果を発揮します。そのため、日当たりの悪い場所に最適です。

実験室環境における記録破りの効率

科学者たちは、ペロブスカイト太陽電池がいかに効率的であるかを示しました。時間が経つにつれて、彼らのパフォーマンスは大幅に向上しました。例:

年	効率 (%)	制度/テクノロジー
2011	14	NREL
2022	25.7	NREL
2022	31.25	PS/Siセル

これらの結果は、ペロブスカイトセルがシリコンセルよりも優れていることを示しています。将来の太陽電池はさらに性能が向上する可能性があります。

費用対効果

手頃な価格の材料と製造方法

ペロブスカイト太陽電池は製造コストが安くなります。材料は簡単に見つかり、コストも安くなります。また、生成するのに必要な熱は 150°C 以下です。シリコンセルは 1000°C 以上の温度を必要とし、より多くのエネルギーを消費します。これにより、ペロブスカイトセルは環境に優しいものになります。

メートル法	ペロブスカイト太陽電池	従来のシリコン太陽電池
効率	25%～29.2%	15% - 20%
製造温度	< 150°C	> 1000℃
原材料費	50～75%安くなる	該当なし

低コストの拡張性の可能性

より多くのペロブスカイトセルを作成することは、より簡単かつ安価です。彼らの電気代はたったの kWh あたり 3.5 ～ 4.9 セント。これは、米国サンショットの目標である 1kWh あたり 6 セントを上回ります。また、モジュールのコストはわずか 0.21 ～ 0.28 米ドル/W です。そのため、大規模な再生可能エネルギー プロジェクトに最適です。

柔軟性と軽量設計

ポータブルおよびウェアラブルデバイスでのアプリケーション

ペロブスカイト太陽電池は軽くて曲げることができます。バックパック、スマートウォッチ、衣類に電力を供給できます。これらのアイテムは、移動中にデバイスを充電できます。ロールツーロール製造は、これらのセルをより安価で効率的にするのに役立ちます。

証拠の種類の	説明
応用例	フレキシブル太陽電池は、ポータブル電子機器やウェアラブル繊維に使用されています。
効率化のマイルストーン	効率は 2013 年の 2.62% から近年では 18.4% 近くまで改善しました。

型破りな表面への統合

これらの太陽電池は曲面や凹凸のある面にもフィットします。たとえば、車の屋根や建物の壁に付着する可能性があります。これにより、設置コストが削減され、使用できる場所が増加します。

アプリケーションの	説明
住宅用PV	軽量セルは屋根に直接設置できるため、人件費が削減されます。
コスト効率	フレキシブル基板はシステムコストを削減し、シリコン PV との競争力を高めます。

ペロブスカイト太陽電池は柔軟性があり、手頃な価格であり、現代のニーズに適合します。彼らは再生可能エネルギーの使用方法を変えています。

簡単に作れます

簡単な構築方法

ペロブスカイト太陽電池はシリコン太陽電池よりも製造が簡単です。シリコンセルには高熱と複雑な機械が必要です。ペロブスカイトセルは 150°C 以下の低熱を使用します。これはエネルギーを節約し、地球にとっても良いことです。

これらのセルは、スピン コーティングなどの液体法を使用して作成できます。スピン コーティングにより、液体ペロブスカイトが表面に広がります。シンプルでお金もかかりません。もう一つの方法は、材料をきれいに層化する蒸着です。これらの簡単な方法は、大きな問題なくより多くのセルを作成するのに役立ちます。

これらのセルの製造は時間の経過とともに改善されました。 2014年から2019年にかけて、 効率は 17.9% から 25.2% に増加しました。 2019年から2024年にかけては1.5ポイントしか伸びず、26.7％に達した。現在の最高のセル効率は 27.0% です。損失が削減されれば、モジュールの効率はすぐに 25% に達する可能性があります。 4 ～ 5 年以内に、20% の効率と 90% の生産成功が見込まれるでしょう。

多くの表面で動作します

ペロブスカイト太陽電池はさまざまな表面に作成できます。ガラス、プラスチック、金属に作用します。このため、フラット パネルや湾曲したデザインに役立ちます。たとえば、建物の壁や車の屋根に付着する可能性があります。

これらのセルは軽量で持ち運び可能です。丸めたり折りたたんだりできるソーラーパネルを想像してみてください。ペロブスカイト材料は、力を失うことなく表面によく貼りつきます。これにより、使用と構築が簡単になります。メーカーはシリコンウェーハだけでなく、ニーズに基づいて表面を選択できます。

ペロブスカイト太陽電池モジュールの製造コストは安くなります。価格は 1 ワットあたり約 0.57 ドルで、他の多くのものよりも安価です。電気代は、kWh あたり 18 ～ 22 セントです。このため、再生可能エネルギー プロジェクトに最適です。低コスト、柔軟性、製造の容易さにより、太陽光発電の変革をもたらします。

ペロブスカイト太陽電池が直面する課題

安定性と耐久性

湿気、熱、光に敏感

ペロブスカイト太陽電池は、時間が経っても安定性を維持するのが困難です。湿気、熱、日光の影響を受けやすいです。水はペロブスカイト層を破壊し、細胞を破壊する可能性があります。温度の変化によりストレスが発生し、細胞が弱くなります。日光は素材を損傷し、摩耗を早める可能性があります。これらの問題により、特に屋外で電池を長期間使用することが困難になります。

長持ちさせる方法

科学者たちは、これらの細胞をより耐久性のあるものにしようとしています。水による損傷から保護するために特別な素材が追加されています。コーティングとカバーは細胞を損傷から守るのに役立ちます。細胞内の材料を変えることで細胞を強くすることもできます。たとえば、2D 構造または無機層を使用すると、安定性が向上します。いくつかのテストでは、これらの細胞が次のような可能性があることを示しています。 20,000 時間以上持続します。 制御された設定ではしかし、ほとんどの労働者は依然として長くは続かず、労働時間は 2,000 時間未満の労働者も少なくありません。

環境への懸念

ペロブスカイト材料中の鉛

ペロブスカイト電池は環境に有害な鉛を使用しています。 鉛は地面に漏れて汚染を引き起こす可能性があります。たとえ少量の鉛であっても、特に子供にとっては危険です。研究によると、これらの細胞からの鉛が土壌を汚染する可能性があります。したがって、これらのセルを広く使用する前に、この問題を解決することが重要になります。

より安全な素材を見つける

研究者たちは、鉛に代わるより優れた安全な材料を探しています。錫やビスマスなどの金属もオプションとしてテストされています。これらの新しい材料は、細胞の効率を維持しながら毒性を軽減することを目的としています。鉛の使用量に関する規則も厳格化されています。より安全な金属を使用することで、太陽電池はより環境に優しいものになります。

スケーラビリティと商用化

大規模生産でも効率を維持

ペロブスカイト細胞を大量に作るのは簡単ではありません。大量生産する場合、同じ品質と性能を維持するのは困難です。材料が異なると効率が低下し、コストが上昇する可能性があります。電極の不良などの設計上の問題も故障の原因となる可能性があります。これらの問題により、大規模なプロジェクトでラボの結果を一致させることが困難になります。

販売と使用における課題

ペロブスカイトセルの販売はまだ新しいアイデアです。太陽光による急速な損傷などの安定性の問題は大きな問題です。これらの細胞の作成と使用に関するルールはまだ不明です。電池内の鉛も慎重な取り扱いと廃棄が必要です。こうした問題にもかかわらず、企業と研究者は協力して取り組んでいます。彼らは、生産を容易にし、採用を増やす方法を見つけています。

ペロブスカイト太陽電池の製造プロセス

材料の準備

ペロブスカイト化合物を作る

ペロブスカイト太陽電池を作成するには、まずペロブスカイト化合物を作成します。これらは、ハロゲン化物塩と有機または無機カチオンを混合することによって作られます。結晶化は細胞がうまく機能するための鍵です。結晶化に最適な温度は、 70℃ 。これは、適切なペロブスカイト構造の形成に役立ちます。結晶サイズは 23.67 nm ～ 55.79 nm の範囲です。結晶が大きいほど、細胞がより多くの光を吸収するのに役立ちます。性能を低下させる PbI2 の形成を避けるため、アニーリング温度は 110 °C 未満に保ってください。また、結晶の品質を向上させるために、アニーリング時間を 30 分未満に制限してください。

基板と電極の選択

適切な基板と電極を選択することが非常に重要です。ガラス、プラスチック、金属はペロブスカイト材料との相性が良いため、一般的に選択されます。 ITO や FTO などの透明な導電性酸化物が電極として使用されます。これらは電気を運びながら光を通過させます。優れた材料は電荷の収集と移動に役立ち、太陽電池の効率を高めます。

製造技術

製造が容易なスピンコーティング

スピン コーティングは、ペロブスカイト太陽電池を製造する一般的な方法です。この方法では、ペロブスカイトを含む溶液を回転面上に広げます。回転により液体が薄く均一な層に広がります。この方法はシンプルで安価であり、多くのセルを作成するのに最適です。しかし、小さな穴や結晶化の遅さなどの問題は品質に影響を与える可能性があります。順次堆積すると制御性が向上しますが、表面が不均一になる可能性があります。

蒸着による精度向上

TVD や CVD などの蒸着法では、より正確な制御が可能です。 TVD は大きな結晶で滑らかな表面を作成し、効率を向上させます。 CVD は信頼性が高く、大規模生産に適しています。これらの方法により、高度な太陽電池の用途に最適な高品質のフィルムが製造されます。

製造方法の	利点	問題点
ワンステップ蒸着 (OSD)	簡単にできる	小さな穴、遅い結晶化
連続蒸着 (SDM)	フィルム品質のより良い制御	不均一な粒子、粗い表面
熱蒸着	滑らかな表面、大きな結晶	なし
化学蒸着	大量生産でも信頼性が高い	なし

製造上の問題の解決

大規模生産でも品質を維持

ペロブスカイト太陽電池を多数製造するには、安定した品質が必要です。材料層の違いにより効率が低下する可能性があります。蒸着法を使用すると、層を均一に保つことができます。高度なツールにより、生産中に膜の厚さと品質をチェックできます。

欠陥を修正し、成功率を高める

小さな穴や不均一な結晶などの欠陥は、パフォーマンスに悪影響を与える可能性があります。これを修正するには、製造プロセスを改善します。結晶化温度とアニーリングステップを制御して欠陥を減らします。より良い結果を得るには、各レイヤーに高品質の素材を使用してください。これらの問題を解決することは、より信頼性が高く効率的な太陽電池の製造に役立ちます。

要因の	詳細
認定デバイス	認定された鉛ベースのペロブスカイト太陽電池に関するデータ。
効率の指標	さまざまな研究から得られた効率とパフォーマンスのデータ。
製造工程	プロセスと材料が太陽電池の性能にどのように影響するか。
使用材料	各層の材料とその影響の研究。
デバイスのアーキテクチャ	デバイスの設計が効率に与える影響。
ペロブスカイト堆積	堆積方法とそれが太陽電池の品質に及ぼす影響のレビュー。

ペロブスカイト太陽電池の将来展望

新しい研究アイデア

それらをより強く、より良くする

科学者たちはペロブスカイト太陽電池の改良に取り組んでいます。彼らは製品を長持ちさせ、より良く機能させることに重点を置いています。新しい素材とデザインがこれらの問題の解決に役立ちます。例えば、 2D/3Dの二層構造により セルが強化されます。酸化イッテルビウムなどの特殊コーティングにより、安定性とエネルギー使用量も向上します。

こうしたアイデアは研究室だけではありません。テストでは実際の進歩が示されます。例:

研究	結果
シオン、Ｙら。	ペロブスカイトと Cu(In,Ga)Se2 を混合することで効率が向上します。
タン、H.ら。	自己組織化トランスポート層を使用して耐久性を向上。
アズミ、R.ら。	2層2D/3D構造でより強力なセル。

これらの改善により、これらのセルをあらゆる場所で使用できるようになります。

鉛を含まないより安全な材料を見つける

ペロブスカイトセル内の鉛は環境に有害です。科学者たちはスズやビスマスなどのより安全な金属を試験しています。これらの材料は、細胞の効率を維持しながら毒性を低く保つことを目的としています。鉛を置き換えることにより、このテクノロジーは誰にとってもより環境に優しく、安全なものになります。

ビジネスチャンス

学校と企業のチームワーク

大学と企業は協力してペロブスカイトセルの製造に取り組んでいます。学校は研究をし、企業は製品を作ります。このチームワークにより、新しいアイデアがより早く市場に投入されるようになります。

この分野に新規参入する企業

新興企業がペロブスカイト太陽電池技術の成長を支援している。オックスフォード PV や Caelux などの企業は生産ラインを構築しています。例えば：

• オックスフォード PV は 100 MW の生産ラインを製造しています。

• 消費された Q セル数 パイロットプロジェクトに1億ドル.

• First Solar は、技術を向上させるために Evolar AB を 3,200 万ドルで買収しました。

これらの投資はペロブスカイトセルに対する信頼を示しています。市場の成長が期待されるのは、 2024 年には 1 億 8,140 万ドル、2032 年には 65 億 6,101 万ドルになります。この急速な成長は、このテクノロジーがいかに重要になるかを示しています。

新しいテクノロジーとの融合

ペロブスカイトとシリコンの組み合わせ

ペロブスカイトとシリコンを混合すると、タンデム型太陽電池が作成されます。これらのセルは、1 つの材料のみを使用するよりも効率的です。より多くの太陽光を取り込み、より多くのエネルギーを生成します。最近の設計は効率が 31% 以上に達しており、クリーン エネルギーにとって大きな前進となっています。

スマートデバイスでの使用

ペロブスカイトセルは、スマートガジェットやエネルギー貯蔵にも使用されます。軽量で柔軟性があり、ウェアラブルやポータブル デバイスに最適です。スマートコーティングと特殊素材を備えたハイブリッドシステムにより、パフォーマンスが向上します。例:

機能の	利点
より良い光吸収	スマートコーティングはより多くの太陽光を取り込みます。
熱ダメージの軽減	特殊な素材が熱の問題を軽減します。
より高いエネルギー出力	通常のソーラーパネルよりも多くの電力を生成します。

これらの用途は、ペロブスカイトセルが太陽エネルギーとスマートテクノロジーをどのように変えることができるかを示しています。

ペロブスカイト太陽電池とシリコン太陽電池の比較

効率とコスト

ペロブスカイトが実験室でうまく機能する理由

ペロブスカイト太陽電池は実験室テストで非常に効率的です。彼らの 特殊な結晶構造により、 電荷を素早く移動させることができます。これにより、彼らは到達することができます 25%以上の効率。タンデム型ペロブスカイトシリコンセルがヒット 効率28.6% 。通常のシリコン パネルの範囲は通常 16% ～ 22% です。

ペロブスカイト材料は、性能を向上させるために調整できます。科学者は光を吸収し、電気を伝導する方法を変えることができます。これにより、薄暗い環境でも太陽光をうまく取り込むことができます。

ペロブスカイト材料によるコストの削減

ペロブスカイト太陽電池は、 シリコン製のものよりも安価に作ることができます 。共通の素材とシンプルな印刷方法を使用しています。シリコンとは異なり、生成するために高熱を必要としません。これによりエネルギーが節約され、コストが削減されます。

液体ベースの方法により、多くのペロブスカイトセルを簡単に製造できます。これらの方法は、良好な効率を維持しながらコストを低く抑えます。このため、ペロブスカイト技術は手頃な価格のクリーン エネルギーの優れた選択肢となります。

耐久性と長寿命

シリコンはペロブスカイトよりも長持ちします

シリコンパネルは信頼性が高く、25 年以上持続します。時間の経過とともに効率がほとんど失われません。ただし、ペロブスカイト細胞の寿命はそれほど長くありません。テストでは、その効率が 1 ～ 2 年以内に 80% に低下する可能性があることが示されています。水、熱、太陽光などの問題がこの衰退の原因となります。

タンデム型太陽電池の耐久性が向上しています。一部のペロブスカイト/シリコンデバイスは保管されています 1,000時間後、効率90% 。 80℃でこれは、より安定化が進んでいることを示しています。

ペロブスカイト細胞を長持ちさせる

科学者たちはペロブスカイト細胞をより強くするために研究を続けています。二重層設計と保護コーティングにより耐久性が向上します。一部のタンデムセルは、1,008 時間の露光後も 80% の効率を維持しました。これらの変化は、ペロブスカイト細胞が 15 年以上持続するのに役立つ可能性があります。

これらの問題を解決すれば、ペロブスカイト電池がクリーンエネルギーの長期的な選択肢となる可能性がある。

市場動向

シリコンが市場をリード

シリコンパネルは太陽エネルギー用に最も人気のある選択肢です。これらは信頼性が高く、広く入手可能であり、製造も簡単です。現在、ほとんどの太陽光発電システムはシリコン技術を使用しています。

しかし、シリコンには限界があります。薄暗い場所ではうまく機能せず、作るのに多くのエネルギーが必要です。これらの問題により、ペロブスカイト電池は市場で成長するチャンスが得られます。

ペロブスカイトの成長する市場の可能性

ペロブスカイト太陽電池の人気が高まっています。専門家は市場が次から成長すると予測しています 2025 年には 2 億 9,580 万ドル、2032 年には 69 億 5,820 万ドルになります。これは年間 57% の成長率を示しています。

ペロブスカイトセルはシリコンセルよりも生産効率が高く、安価です。タンデムセルでシリコンと組み合わせることもできます。科学者が耐久性と生産の問題を解決するにつれて、ペロブスカイト電池は太陽エネルギーの未来を変える可能性があります。

ペロブスカイト太陽電池は効率的で、手頃な価格で、柔軟性に優れています。従来のシリコンパネルに取って代わる可能性がある。しかし、寿命の短さや環境リスクなどの問題に直面しています。科学者たちはこれらの問題を解決する方法を見つけています。より優れた製造方法と分野間のチームワークにより、大規模な生産が可能になります。 AI と賢い投資を使用すると、再生可能エネルギーの使用を加速できます。この技術は炭素排出量を削減し、世界中でエネルギーをより公平にする可能性があります。と 新しい発見 とビジネスの成長、ペロブスカイト太陽電池はエネルギーアクセスを変え、気候変動との戦いに役立つ可能性がある 2050年までに.

よくある質問

ペロブスカイト太陽電池とは何ですか?

ペロブスカイト太陽電池は、特殊な材料を使用して太陽光を電力に変換します。効率的で軽く、曲げやすいため、通常のシリコンパネルの代わりに最適な選択肢となります。

ペロブスカイト太陽電池はシリコン太陽電池とどう違うのですか?

ペロブスカイトセルはコストが低く、容易に曲がり、より多くの光を吸収します。シリコンセルは長持ちし、より丈夫です。タンデムセルで両方のタイプを混合すると、それぞれの最高の機能が組み合わされます。

ペロブスカイト太陽電池は環境にとって安全ですか?

ほとんどのペロブスカイト細胞には鉛が含まれており、自然に害を及ぼす可能性があります。科学者たちは、より安全で地球にとって良いものにするために、鉛を含まないバージョンの開発に取り組んでいます。

ペロブスカイト太陽電池は家庭でも使用できますか?

はい、家庭でもペロブスカイト太陽電池を使用できます。軽くて柔軟性があるので、屋根、壁、窓にぴったりフィットします。しかし、日常的に使用するには、より長く使用できる必要があります。

ペロブスカイト太陽電池の効率はどのくらいですか?

実験室では、ペロブスカイトセルの効率は 25% 以上に達します。ペロブスカイトとシリコンを使用したタンデムセルは 31% を超える可能性があり、非常に強力になります。

ペロブスカイト太陽電池はどのような課題に直面していますか?

すぐに壊れる、鉛汚染、生産規模を拡大するのが難しいなどの問題があります。科学者たちはこれらの問題を解決する方法を見つけています。

ペロブスカイト太陽電池は市販されていますか?

はい、現在ペロブスカイト太陽電池を販売している企業もあります。しかし、より広く使用するには耐久性と環境問題を解決する必要があります。

ペロブスカイト太陽電池の将来はどうなるでしょうか?

未来は明るいです。研究により、効率、強度、安全性が向上しています。間もなく、コストを削減し、あらゆる場所で太陽エネルギーの利用を拡大できるようになるでしょう。