Фотоволтаичните клетки са претърпели три поколения технологично развитие:
Първо поколение: Технология на кристалния силиций
Това е базирано на силиций като основен материал, включващ технологии като BSF, PERC, TOPCon, HJT и IBC.
Второ поколение: Технология на тънките филми
Представени от материали като медно-индиево-галиев селенид (CIGS), кадмиев телурид (CdTe) и галиев арсенид (GaAs), тънкослойните клетки трудно се конкурират с кристалния силиций поради по-ниската ефективност и високите разходи (над 2 милиарда долара на GW инвестиция). В момента пазарният им дял е по-малък от 5%.
Трето поколение: Перовскит и органични слънчеви клетки
Доминирано от перовскитни слънчеви клетки, това поколение претърпя бързо развитие през последните години. Счита се за обещаваща технология, която може да надмине кристалните силициеви клетки като следващия пробив във фотоволтаиката.
Напредък в ефективността на преобразуване на фотоволтаични клетки
В сравнение с кристалния силиций, перовскитните клетки предлагат по-висока теоретична ефективност и по-ниски производствени разходи. Еднопреходните и тандемните перовскитни клетки имат теоретична ефективност съответно от 33% и 45%, надхвърляйки тавана за кристалния силиций. Икономически, дългосрочната цена на еднопреходните перовскитни модули се очаква да бъде 0,5–0,6 RMB/W, значително по-ниска от тази на кристалния силиций, което ги прави ключов фактор за бъдещото развитие на фотоволтаиката.
Докато перовскитните клетки все още са в ранните етапи на индустриализация, както компаниите, произвеждащи кристален, така и аморфен силиций, активно инвестират в този сектор. Различни източници на капитал също навлязоха на пазара, което подхранва широкия интерес и ускорява комерсиализацията.
Предизвикателства и път към комерсиализацията
Перовскитните клетки са изправени пред предизвикателства, свързани със стабилността и производствените процеси, които трябва да бъдат решени, за да се постигне мащабно производство. Настоящите пилотни производствени линии все още са в етап на изпитване. Основните пречки включват подобряване на стабилността и ефективността на преобразуване чрез по-добри материали и процеси. Ключови иновации, като влаго- и газоустойчиви материали, добавки за повишаване на стабилността, пасивационни слоеве и модерно оборудване, са от съществено значение за преодоляване на тези бариери. Пробивите в тези области ще стимулират приемането им в индустрията, като разпределените фотоволтаични системи и продуктите от потребителски клас вероятно ще послужат като първоначални сценарии за приложение.
Тандемни клетки: ключ към отключване на ефективността
В сравнение с клетките с единично съединение, тандемните конфигурации предлагат по-висока ефективност. Сред тях, силициево-перовскитните четиритерминални тандемни клетки напредват по-бързо към комерсиализация поради по-простата си структура и предимствата за повишаване на ефективността на кристалните силициеви клетки. Двутерминалните тандемни клетки, макар и по-сложни, рационализират структурата на клетката и са по-подходящи за сдвояване с HJT технология. Пълноперовскитните тандемни клетки представляват най-доброто решение, предлагащо още по-висока ефективност и по-ниски разходи.
Конкуренция и сътрудничество
Пионерите в производството на аморфен силиций, като GCL Optoelectronics, Xinnano и Microquanta, са водещи в разработването на перовскити, целящи да навлязат във фотоволтаичната индустрия чрез тази нова технология. Междувременно, традиционните компании за кристален силиций се включиха в надпреварата малко по-късно, фокусирайки се върху тандемни технологии за повишаване на ефективността на съществуващите кристални силициеви клетки.
Компаниите, произвеждащи аморфен силиций, са изправени пред финансови ограничения и може да ускорят разработването на четиритерминални тандемни клетки, за да осигурят по-бърза възвръщаемост. Обратно, компаниите, произвеждащи кристален силиций, вероятно ще се стремят към придобивания на иновативни перовскитни фирми, за да интегрират своите постижения, което ще доведе до консолидация на индустрията.
Въпреки конкуренцията си, компаниите за кристален и аморфен силиций споделят обща цел: напредък в индустриализацията на перовскитната технология. Очаква се съвместните усилия да доминират в близко бъдеще, тъй като и двете страни работят за реализиране на пълния потенциал на приложенията на перовскита във фотоволтаичния сектор.
