鈣鈦礦在過去十年中作為一種新型的高效太陽能電池材料脫穎而出，其功率轉換效率達到了25.7%。(1,2) 鈣鈦礦光活性材料具有固有的優(yōu)勢，可實現高功率轉換效率，例如長載流子擴散長度、高載流子遷移率、低激子結合能、高吸收系數和通過交換前體組分的帶隙可調性。(3,4) 這些材料的另一個重要優(yōu)點是可以在低溫下通過溶液方法來沉積薄膜，它可以通過高通量的卷對卷工藝在柔性聚合物基材上進行經濟高效的生產。(5) 預計到2030 年，鈣鈦礦太陽能技術將超過全球光伏市場的29%。(6)
塑料箔的使用還為光伏產品提供了一系列新的優(yōu)勢，其中非成本相關因素可以提供重要的杠桿作用，例如重量輕、比功率高以及易于與各種表面集成。(7) 將鈣鈦礦與成熟的光伏技術區(qū)分開來的一個重要因素是高水平產品定制的可能性，符合客戶在特定應用中的需求。 這可以在同時進入市場的同時實現更長時間的技術孵化，從而緩解大規(guī)模市場進入的挑戰(zhàn)。(8) 定制的柔性鈣鈦礦太陽能組件示例如圖 1 所示。
鈣鈦礦太陽能電池是為消費電子產品供電的絕佳解決方案，尤其是物聯(lián)網(IoT)生態(tài)系統(tǒng)，其中數十億傳感器節(jié)點連接到電網。(9,10) 當前的研究趨勢轉向低功耗設備和協(xié)議，提高能源效用以增加網絡覆蓋范圍、減少延遲、最大限度地減少能源損失并提高數據可靠性。物聯(lián)網市場呈指數級增長，創(chuàng)建了一個龐大的互聯(lián)設備網絡，包括智能手機、廚房電器、工業(yè)機器人、醫(yī)療保健設備或聯(lián)網汽車。據估計，到2020年底，全球有113億臺聯(lián)網的物聯(lián)網設備，到2025年，這個數字應該會增長到270億臺。(11) 應該注意的是，許多物聯(lián)網應用不需要持續(xù)的數據傳輸。一種常見的方法是收集數據并將其存儲在內存中，然后以較短的間隔分發(fā)數據包。目前，絕大多數未接入電網的無線探測器都使用電池。市場上有很多電池產品;然而，它們的容量和壽命始終是數據傳輸可用范圍和頻率的限制因素。此外，必須考慮定期更換電池的額外維護成本。(12) 室內光伏 (IPV) 提供了一種有前途的能源供應替代方案，它收集環(huán)境光并將其轉化為電能。(12,13) 為了使其在商業(yè)上可行，光伏電池在其生命周期內需要提供比典型電池(例如 1860 mWh的CR2450紐扣電池或3500 mWh的AA電池)中存儲的能量更多的能量。此外，這應該在可用的最小區(qū)域內提供，因為制造商正在尋求減小其產品的尺寸。因此，低光照條件下的高功率密度是這些應用的關鍵要求之一。此外，經常要求設計和形狀的靈活性，因為能量收集元件的無縫集成是產品設計師的共同要求。從可靠性認證的角度來看，室內光伏需要通過不太嚴格的測試;最近制定的IEC 63163旨在解決這個問題。(14) 太陽能電池的工作原理與典型的戶外使用有很大不同，典型的戶外使用光強度通常要高幾個數量級。出于這個原因，傳統(tǒng)的光伏技術，如c-Si，并不適合這些應用。具有可調節(jié)帶隙和良好光電特性的鈣鈦礦被證明是低光使用的理想選擇，具有出色的性能參數。(15,16)
雖然物聯(lián)網市場巨大且增長迅速，但要確定能量收集的最佳應用并非易事。用例將定義需要由太陽能模塊提供的功率預算。放置設備的環(huán)境和產品的外形尺寸定義了可能收集的能量的邊界條件。最重要的是，從業(yè)務角度來看，整合應該是有意義的，因此需要進行仔細的成本/收益分析，同時考慮到環(huán)境影響。為了解決這些問題，Saule的方法是查看物聯(lián)網應用程序中最大和增長最快的部分，并按位置、部門、設備類型和價值主張對其進行分類。表 1 總結了一些已識別的機會。
市場規(guī)模和增長當然不是唯一需要考慮的重要方面。從制造商的角度來看，開發(fā)定制量最少的產品很重要，因為這會帶來額外的風險和成本。此外，如何將額外的功率預算貨幣化是非常重要的。考慮到所有這些，電子貨架標簽似乎是最有吸引力的選擇之一。Saule 開發(fā)的基于鈣鈦礦的電子貨架標簽 (PESL) 的示例和用于制造柔性鈣鈦礦 PV 的試點生產設施如圖 2 所示。
全球智能價簽市場預計將從 2020 年的 18 億美元增長到 2026 年的 71 億美元，累計年增長率 (CAGR) 為 25.1%。(34) 智能價格標簽技術在市場上相對較新，正在接受零售商的各種實施測試。使用電子貨架標簽代替紙質解決方案已經提供了許多優(yōu)勢。關鍵點包括降低人工成本和消除人為錯誤，因為價格可以分配給庫存單位 (SKU) 并自動更新。當前市售的電子貨架標簽通常使用電子紙進行展示，這是將此類設備的能源需求降至最低的絕佳選擇。(35) 電子紙只需要更新顯示屏上的內容就需要能量，這意味著只要商品的定價沒有變化，傳統(tǒng)的ESL可以持續(xù)相當長的時間。目前市場上的典型產品平均使用壽命為5年，每天更新 1 或 2 次價格。(36) 人們可能認為這對于大多數目的來說已經足夠了;然而，自 2020 年以來，零售世界在很多方面發(fā)生了變化。
過去十年，電子商務一直是一個穩(wěn)步發(fā)展的領域;然而，特別是自大流行爆發(fā)以來，其重要性顯著增加。(37) 隨著新技術的出現，網上購物量的增加使傳統(tǒng)零售商處于更大的劣勢。數字商店可以收集有關其客戶和購物習慣的大量數據，并且他們可以使用這些信息來優(yōu)化他們的定價，甚至每天多次以實現最大的盈利能力。根據價格情報公司Profitero的說法，在線市場巨頭亞馬遜每 10 分鐘就會更改一次產品價格。(38) 另一個因素是，全球供應鏈的中斷使產品的可用性降低——更頻繁地改變供需平衡。(39) 作為錦上添花，創(chuàng)紀錄的高通脹值進一步推動了更頻繁的定價變化。歐盟統(tǒng)計局報告稱，2022 年 7 月歐元區(qū)的年平均通貨膨脹率為 8.9%，但未加工食品的這一數值可能高達 11.0%，而波羅的海國家則超過 20%。(40) 實體店發(fā)現這些問題越來越難以處理。即使他們使用相同的策略來更新價格，電子貨架標簽也會很快耗盡其電池容量。這就是光伏電池增強型解決方案可以提供重要影響力的地方，使傳統(tǒng)零售商能夠與他們的數字同行競爭。
額外產生的利潤的附加值預計將遠遠超過包括太陽能電池、電源管理系統(tǒng)和使用可再生電池在內的額外成本。此外，電子紙制造商和市場上的產品尺寸都很好地確定了 ESL 的外形尺寸，其中對 1.54 英寸、2.13 英寸和 2.66 英寸顯示器尺寸的需求最高。每年幾百萬件的生產意味著穩(wěn)定的需求，并且有針對性的小光伏單元尺寸使其易于實施。因此，作者認為它是解決鈣鈦礦光伏市場入口的絕佳選擇。
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