A Panasonic Corporation alcançou a mais alta eficiência de conversão de energia do mundo, de 16,09% para um módulo solar de perovskita (área de abertura 802 cm2: 30 cm de comprimento x 30 cm de largura x 2 mm de espessura), desenvolvendo tecnologia leve usando um substrato de vidro e um método de revestimento de área grande baseado na impressão a jato de tinta. Isso foi realizado como parte do projeto da Organização de Desenvolvimento de Novas Energias e Tecnologias Industriais (NEDO), que está trabalhando no "Desenvolvimento de tecnologias para reduzir os custos de geração de energia para geração de energia fotovoltaica de alto desempenho e confiabilidade" para promover a ampla adoção da geração de energia solar.
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Perovskite module with the world's highest conversion efficiency among that of the same size (Photo: Business Wire)
Esse método de revestimento baseado em jato de tinta que pode cobrir uma grande área reduz os custos de fabricação dos módulos. Além disso, este módulo de grande área, leve e com alta eficiência de conversão permite gerar energia solar de maneira altamente eficiente em locais onde é difícil instalar painéis solares convencionais, como fachadas.
No futuro, a NEDO e a Panasonic continuarão aprimorando os materiais da camada de perovskita, com o objetivo de alcançar alta eficiência comparável à das células solares de silício cristalino e estabelecer tecnologias para aplicação prática em novos mercados.
1. ContextoAs células solares de silício cristalino, que são mais amplamente usadas no mundo, encontraram mercados no Japão em áreas como instalações mega-solar, residenciais, fábricas e públicas. Para penetrar ainda mais nesses mercados e garantir novos mercados, é crucial tornar os módulos solares mais leves e maiores.
As células solares de perovskita*1 têm uma vantagem estrutural, pois sua espessura, incluindo uma camada de geração de energia, é apenas um centésimo da das células solares de silício cristalino, de modo que os módulos de perovskita podem ser mais leves que os módulos de silício cristalino. A propriedade da leveza permite vários estilos de colocação, como a instalação em fachadas e janelas, usando eletrodo condutor transparente, o que pode levar à ampla adoção dos Edifícios de Energia Zero Líquida (ZEB*2). Além disso, como cada camada pode ser revestida diretamente nos substratos, elas podem ser produzidas mais baratas, em comparação com a tecnologia de processo convencional. É por isso que as células solares de perovskita estão chamando a atenção como células solares da próxima geração.
Por outro lado, apesar da tecnologia de perovskita ter atingido uma eficiência de conversão de energia de 25,2%*3, comparável às células solares de silício cristalino, em células de tamanho pequeno, era muito difícil depositar materiais uniformemente em toda a área grande pela tecnologia convencional. Como resultado, a eficiência de conversão de energia estava inclinada a diminuir.
Nesse contexto, a NEDO está trabalhando no projeto "Desenvolvimento de tecnologias para reduzir custos de geração de energia para geração de energia fotovoltaica de alto desempenho e alta confiabilidade"*4 para promover a adoção adicional da geração de energia solar. Como parte deste projeto, a Panasonic desenvolveu uma tecnologia leve usando substratos de vidro e um método de revestimento de grande área baseado no método de jato de tinta, incluindo produção e ajuste de tinta aplicada ao substrato do módulo de célula solar de perovskita. Com essas tecnologias, a Panasonic alcançou a mais alta eficiência de conversão de energia do mundo, de 16,09%*5 para o módulo de célula solar de perovskita (área de abertura 802 cm2: 30 cm de comprimento x 30 cm de largura x 2 mm de espessura).
Além disso, a adoção de um método de revestimento de grande área usando o método de jato de tinta no processo de fabricação também permite a redução de custos, e as características de eficiência de grande área, leveza e de alta conversão deste módulo permitem a geração de energia solar de alta eficiência em locais onde painéis solares convencionais eram difíceis de instalar, como fachadas.
Ao melhorar os materiais da camada de perovskita, a Panasonic busca alcançar alta eficiência comparável à das células solares de silício cristalino e estabelecer tecnologias para aplicação prática em novos mercados.
2. ConquistaFocando no método de revestimento a jato de tinta que permite que a matéria-prima seja revestida com precisão e uniformidade, a Panasonic aplicou essa tecnologia a cada camada da célula solar, incluindo a camada de perovskita no substrato de vidro, e obteve alta eficiência de conversão de energia para um módulo de área grande.
[Ponto de desenvolvimento técnico] (1) Melhorando o componente do precursor de perovskita para revestimento adequado a jato de tinta Entre os grupos atômicos que formaram o cristal de perovskita, a metilamina apresenta problemas de estabilidade térmica durante o processo de aquecimento durante a produção do módulo (a metilamina é removida do cristal de perovskita pelo calor, como resultado, uma certa parte do cristal é destruída). Ao alterar determinada parte da metilamina em Formamidinium, Cesium, Rubidium que possuem tamanho de diâmetro de átomo apropriado, eles revelaram que este método é eficiente para a estabilização de cristais e leva a contribuir para uma alta eficiência de conversão de energia.
(2) Controle de concentração, quantidade de revestimento e velocidade de revestimento de tinta de perovskita No processo de formação de filme fino com o método de revestimento a jato de tinta, há flexibilidade para o padrão de revestimento, enquanto a padronização de pontos do material e a uniformidade da cristalização sobre a superfície de cada camada são essenciais. Para atender a esses requisitos, ajustando a concentração de tinta perovskita em determinado conteúdo e controlando com precisão a quantidade e a velocidade do revestimento durante o processo de impressão, eles obtiveram alta eficiência de conversão de energia do módulo de área grande.
Ao otimizar essas tecnologias através do processo de revestimento em cada formação de camada, a Panasonic conseguiu aumentar o crescimento de cristais e melhorar a uniformidade de espessura e camada do cristal. Como resultado, eles alcançaram a eficiência de conversão de energia de 16,09% e deram um passo à frente na aplicação prática.
3. O plano agoraAo conseguir um custo de processo mais baixo e mais leve para um módulo de perovskita de grande área, a NEDO e a Panasonic Corporation planejam criar um novo mercado no qual as células solares nunca foram colocadas e adotadas. Com base no desenvolvimento de cada material relacionado às células solares de perovskita, a NEDO e a Panasonic pretendem alcançar alta eficiência comparável à das células solares de silício cristalino e aumentar o esforço para reduzir o custo de produção para 15 ienes/W.
Esses resultados foram publicados na IPEROP20 (Conferência Internacional Ásia-Pacífico sobre Perovskita, Fotovoltaica Orgânica e Optoeletrônica), realizada no Tsukuba International Conference Center. URL: https://www.nanoge.org/IPEROP20/program/program
[Anotação] *1 Células solares de perovskita Uma célula solar cuja camada de absorção de luz é composta de cristais de perovskita. *2 Edifício de energia zero líquida (ZEB) ZEB (prédio de energia zero líquida) é o edifício não residencial que, ao controlar a carga de energia e possuir um sistema de alta eficiência, mantém a qualidade do ambiente interno e realiza economia de energia e energia renovável; no final, visa tornar o balanço primário anual de energia em zero. *3 Eficiência de conversão de energia 25,2% Recorde mundial em eficiência de conversão de energia das células de área reduzida foi copublicado pelo KRICT (Instituto de Pesquisa da Coreia em Tecnologia Química) e pelo MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts). Eficiência da Célula-Melhor Pesquisa (Rev.11-05-2019) - NREL *4 Desenvolvimento de tecnologias para reduzir custos de geração de energia para geração de energia fotovoltaica de alto desempenho e alta confiabilidade - Nome do projeto:Desenvolvimento de tecnologias para reduzir custos de geração de energia para geração de energia fotovoltaica de alto desempenho e alta confiabilidade/Pesquisa e desenvolvimento de células solares inovadoras de nova estrutura / Pesquisa e desenvolvimento de baixo custo inovador de produção - Período do projeto: 2015-2019 (ano anual) - Referência: NEDO News edição 18de junho de 2018 "O maior módulo fotovoltaico de perovskita baseado em filme do mundo" https://www.nedo.go.jp/english/news/AA5en_100391.html *5 Eficiência na conversão de energia 16,09% Valor de eficiência medido pelo método MPPT (Método de rastreamento de ponto máximo de energia: um método de medição mais próximo da eficiência de conversão em uso real) do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Industrial Avançada.
Sobre a PanasonicA Panasonic Corporation é líder mundial no desenvolvimento de diversas tecnologias e soluções eletrônicas para clientes nos setores de produtos eletrônicos, habitação, automotivo e comércio B2B. Celebrando seu 100º aniversário em 2018, a empresa se expandiu internacionalmente e agora opera 582 subsidiárias e 87 empresas associadas em todo o mundo, alcançando vendas líquidas consolidadas de 8,003 trilhões de ienes no ano que se encerra em 31 de março de 2019. Empenhada na busca de novos valores por meio da inovação em todas as linhas divisionais, a empresa emprega suas tecnologias para criar uma vida melhor e um mundo melhor para seus clientes. Para saber mais sobre a Panasonic, acesse: https://www.panasonic.com/global.
Sobre a NEDO:A NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization) desempenha um papel importante nas políticas econômicas e de industrialização do Japão por meio do financiamento de atividades de desenvolvimento de tecnologia. A NEDO também atua como um acelerador de inovação para realizar suas duas missões básicas de abordar problemas ambientais e globais de energia e aprimorar a tecnologia industrial. Para aprender mais sobre a NEDO: https://www.nedo.go.jp/english/introducing_index.html
Fonte: https://news.panasonic.com/global/press/data/2020/02/en200207-2/en200207-2.html
Links relacionadosNew Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) https://www.nedo.go.jp/english/
Visão geral de P&D; da Panasonic https://www.panasonic.com/global/corporate/technology-design/r-and-d.html
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NEDO New Energy Technology Department Contact Person: H.Tamai, T.Sato Tel: +81-44-520-5277
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