钙钛矿作为一种新型高效太阳能电池材料,在过去十年中脱颖而出,其功率转换效率达到25.7%(1、2)钙钛矿光活性材料具有固有的优点,可实现长载流子扩散长度、高载流子迁移率、低激子结合能、高吸收系数和交换前体组分的带隙可调性(3、4)这些材料的另一个重要优点是可以在低温下通过溶液沉积薄膜,通过高通量卷对卷工艺在柔性聚合物基材上经济高效地生产(5)预计到2030年,钙钛矿太阳能技术将超过全球光伏市场的29%
(6)塑料箔的使用也为光伏产品提供了一系列新的优势,其中与非成本相关的因素可以提供重要的杠杆作用,如重量轻、高于功率和易于与各种表面集成。(7)区分钙钛矿和成熟光伏技术的一个重要因素是高水平产品定制的可能性,以满足客户在特定应用程序中的需求。这可以在进入市场的同时实现更长时间的技术孵化,以缓解大规模市场进入的挑战。(8)定制的柔性钙钛矿太阳能组件如图1所示。
钙钛矿太阳能电池是消费电子产品供电的绝佳解决方案,尤其是物联网(IoT)生态系统,其中数十亿传感器节点连接到电网。(9、10)当前研究趋势转向低功耗设备和协议,提高能源效用,增加网络覆盖范围,减少延迟,减少能源损失,提高数据可靠性。物联网市场呈指数级增长,创建了智能手机、厨房电器、工业机器人、医疗保健设备或联网汽车等庞大的互联网设备网络。据估计,到2020年底,全球将有113亿台物联网设备,到2025年,这一数字将增加到270亿台。(11)需要注意的是,许多物联网应用不需要连续的数据传输。一种常见的方法是收集数据并存储在内存中,然后以较短的间隔分发数据包。目前,绝大多数未接入电网的无线探测器都使用电池。市场上有许多电池产品;然而,它们的容量和寿命始终是数据传输可用范围和频率的限制。此外,还必须考虑定期更换电池的额外维护成本。(12)室内光伏(IPV)它提供了一种有前途的能源供应替代方案,它收集环境光并将其转化为电能。(12,13)为了使其在商业上可行,光伏电池需要在其生命周期内提供比典型电池(如1860mWh的CR2450纽扣电池或3500mWh的AA储存在电池中的能量更多。此外,这应该在可用的最小区域提供,因为制造商正在寻求减小产品的大小。因此,低光条件下的高功率密度是这些应用的关键要求之一。此外,设计和形状的灵活性往往需要,因为能量收集元件的无缝集成是产品设计师的共同要求。从可靠性认证的角度看,室内光伏需要通过不严格的测试;最近制定的;IEC63163旨在解决这个问题。(14)太阳能电池的工作原理与典型的户外使用有很大的不同,典型的户外使用光强度通常要高几个数量级。因此,传统光伏技术,如传统光伏技术,如c-Si,不适合这些应用。钙钛矿具有可调节带隙和良好的光电特性,被证明是低光使用的理想选择,性能参数优异。(15,16)
虽然物联网市场巨大而快速增长,但要确定能量收集的最佳应用并不容易。用例定义了太阳能模块需要提供的功率预算。设备的环境和产品的外观尺寸定义了可能收集能量的边界条件。最重要的是,从业务的角度来看,整合应该是有意义的,因此需要仔细分析成本/收入,并考虑环境影响。为了解决这些问题,Saule方法是查看物联网应用程序中增长最快的部分,并根据位置、部门、设备类型和价值主张进行分类。表1总结了一些已识别的机会。
当然,市场规模和增长并不是唯一需要考虑的重要方面。从制造商的角度来看,开发最少的定制产品是非常重要的,因为它会带来额外的风险和成本。此外,如何货币化额外的功率预算也非常重要。考虑到这一切,电子货架标签似乎是最有吸引力的选择之一。Saule基于钙钛矿的电子货架标签(PESL)制造柔性钙钛矿的例子和例子PV试点生产设施如图2所示。
全球智能价签市场预计将从2020年的18亿美元增长到2026年的71亿美元,累计年增长率(CAGR)25.1%。(34)智能价格标签技术在市场上相对较新,正在接受零售商的各种实施测试。用电子货架标签代替纸质解决方案提供了很多优势。关键是降低劳动力成本,消除人为错误,因为价格可以分配给库存单位(SKU)并自动更新。目前市场上销售的电子货架标签通常用电子纸显示,这是最大限度地减少此类设备能源需求的绝佳选择。(35)电子纸只需要更新显示屏上的内容就需要能量,这意味着只要商品的价格不变,传统的ESL可以持续很长时间。目前市场上典型产品的平均使用寿命为5年,价格每天更新一两次。(36)人们可能认为这对大多数目的来说已经足够了;然而,自2020年以来,零售业发生了许多变化。
近十年来,电子商务一直是一个稳步发展的领域;然而,特别是自大流行爆发以来,其重要性显著增加。(37)随着新技术的出现,网上购物量的增加使传统零售商处于更大的劣势。数字商店可以收集大量关于其客户和购物习惯的数据,他们可以使用这些信息来优化他们的定价,甚至每天多次实现最大的盈利能力。根据价格情报公司Profitero在线市场巨头亚马逊每10分钟更改一次产品价格。(38)另一个因素是,全球供应链的中断降低了产品的可用性,更频繁地改变了供需平衡。(39)作为锦上添花,创纪录的高通胀值进一步推动了更频繁的定价变化。据欧盟统计局报道,2022年7月欧元区年平均通货膨胀率为8.9%,但未加工食品的平均通货膨胀率可能高达11.0%,波罗的海国家可能超过20%。(40)实体店发现这些问题越来越难处理。即使他们使用相同的策略来更新价格,电子货架标签也会很快耗尽其电池容量。这就是光伏电池增强解决方案能够提供重要影响力的地方,使传统零售商能够与数字同行竞争。
额外利润的附加值预计将远远超过太阳能电池、电源管理系统和可再生电池的额外成本。此外,市场上的电子纸制造商和产品尺寸也得到了很好的确定ESL外形尺寸,其中1.54英寸,2英寸,.对13英寸和2.66英寸显示器的需求最高。每年数百万件的生产意味着稳定的需求,有针对性的小光伏单元尺寸使其易于实施。因此,作者认为这是解决钙钛矿光伏市场入口的绝佳选择。