钙钛矿在过去十年中作为一种新型的高效太阳能电池材料脱颖而出，其功率转换效率达到了25.7%。(1,2) 钙钛矿光活性材料具有固有的优势，可实现高功率转换效率，例如长载流子扩散长度、高载流子迁移率、低激子结合能、高吸收系数和通过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方法来沉积薄膜，它可以通过高通量的卷对卷工艺在柔性聚合物基材上进行经济高效的生产。(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)
塑料箔的使用还为光伏产品提供了一系列新的优势，其中非成本相关因素可以提供重要的杠杆作用，例如重量轻、比功率高以及易于与各种表面集成。(7) 将钙钛矿与成熟的光伏技术区分开来的一个重要因素是高水平产品定制的可能性，符合客户在特定应用中的需求。 这可以在同时进入市场的同时实现更长时间的技术孵化，从而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示例如图 1 所示。
钙钛矿太阳能电池是为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) 当前的研究趋势转向低功耗设备和协议，提高能源效用以增加网络覆盖范围、减少延迟、最大限度地减少能源损失并提高数据可靠性。物联网市场呈指数级增长，创建了一个庞大的互联设备网络，包括智能手机、厨房电器、工业机器人、医疗保健设备或联网汽车。据估计，到2020年底，全球有113亿台联网的物联网设备，到2025年，这个数字应该会增长到270亿台。(11) 应该注意的是，许多物联网应用不需要持续的数据传输。一种常见的方法是收集数据并将其存储在内存中，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。市场上有很多电池产品;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因素。此外，必须考虑定期更换电池的额外维护成本。(12) 室内光伏 (IPV) 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，光伏电池在其生命周期内需要提供比典型电池(例如 1860 mWh的CR2450纽扣电池或3500 mWh的AA电池)中存储的能量更多的能量。此外，这应该在可用的最小区域内提供，因为制造商正在寻求减小其产品的尺寸。因此，低光照条件下的高功率密度是这些应用的关键要求之一。此外，经常要求设计和形状的灵活性，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来看，室内光伏需要通过不太严格的测试;最近制定的IEC 63163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不同，典型的户外使用光强度通常要高几个数量级。出于这个原因，传统的光伏技术，如c-Si，并不适合这些应用。具有可调节带隙和良好光电特性的钙钛矿被证明是低光使用的理想选择，具有出色的性能参数。(15,16)
虽然物联网市场巨大且增长迅速，但要确定能量收集的最佳应用并非易事。用例将定义需要由太阳能模块提供的功率预算。放置设备的环境和产品的外形尺寸定义了可能收集的能量的边界条件。最重要的是，从业务角度来看，整合应该是有意义的，因此需要进行仔细的成本/收益分析，同时考虑到环境影响。为了解决这些问题，Saule的方法是查看物联网应用程序中最大和增长最快的部分，并按位置、部门、设备类型和价值主张对其进行分类。表 1 总结了一些已识别的机会。
市场规模和增长当然不是唯一需要考虑的重要方面。从制造商的角度来看，开发定制量最少的产品很重要，因为这会带来额外的风险和成本。此外，如何将额外的功率预算货币化是非常重要的。考虑到所有这些，电子货架标签似乎是最有吸引力的选择之一。Saule 开发的基于钙钛矿的电子货架标签 (PESL) 的示例和用于制造柔性钙钛矿 PV 的试点生产设施如图 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) 为 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。使用电子货架标签代替纸质解决方案已经提供了许多优势。关键点包括降低人工成本和消除人为错误，因为价格可以分配给库存单位 (SKU) 并自动更新。当前市售的电子货架标签通常使用电子纸进行展示，这是将此类设备的能源需求降至最低的绝佳选择。(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定价没有变化，传统的ESL可以持续相当长的时间。目前市场上的典型产品平均使用寿命为5年，每天更新 1 或 2 次价格。(36) 人们可能认为这对于大多数目的来说已经足够了;然而，自 2020 年以来，零售世界在很多方面发生了变化。
过去十年，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。数字商店可以收集有关其客户和购物习惯的大量数据，并且他们可以使用这些信息来优化他们的定价，甚至每天多次以实现最大的盈利能力。根据价格情报公司Profitero的说法，在线市场巨头亚马逊每 10 分钟就会更改一次产品价格。(38) 另一个因素是，全球供应链的中断使产品的可用性降低——更频繁地改变供需平衡。(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。欧盟统计局报告称，2022 年 7 月欧元区的年平均通货膨胀率为 8.9%，但未加工食品的这一数值可能高达 11.0%，而波罗的海国家则超过 20%。(40) 实体店发现这些问题越来越难以处理。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型解决方案可以提供重要影响力的地方，使传统零售商能够与他们的数字同行竞争。
额外产生的利润的附加值预计将远远超过包括太阳能电池、电源管理系统和使用可再生电池在内的额外成本。此外，电子纸制造商和市场上的产品尺寸都很好地确定了 ESL 的外形尺寸，其中对 1.54 英寸、2.13 英寸和 2.66 英寸显示器尺寸的需求最高。每年几百万件的生产意味着稳定的需求，并且有针对性的小光伏单元尺寸使其易于实施。因此，作者认为它是解决钙钛矿光伏市场入口的绝佳选择。
