Fotonaponske ćelije su prošle kroz tri generacije tehnološkog razvoja:
Prva generacija: Tehnologija kristalnog silicija
Zasnovan je na siliciju kao osnovnom materijalu, a koriste se tehnologije kao što su BSF, PERC, TOPCon, HJT i IBC.
Druga generacija: Tehnologija tankog filma
Predstavljene materijalima poput bakar-indijum-galijum-selenida (CIGS), kadmijum-telurida (CdTe) i galijum-arsenida (GaAs), tankoslojne ćelije se muče da konkurišu kristalnom silicijumu zbog niže efikasnosti i visokih troškova (preko 2 milijarde dolara po GW investicije). Trenutno je njihov tržišni udio manji od 5%.
Treća generacija: Perovskitne i organske solarne ćelije
Dominantno perovskitne solarne ćelije, ova generacija je doživjela brz razvoj posljednjih godina. Smatra se obećavajućom tehnologijom koja bi mogla nadmašiti kristalne silicijumske ćelije kao sljedeći proboj u fotovoltaici.
Napredak u efikasnosti konverzije fotonaponskih ćelija
U poređenju sa kristalnim silicijumom, perovskitne ćelije nude veću teorijsku efikasnost i niže troškove proizvodnje. Perovskitne ćelije sa jednim spojem i tandemske perovskitne ćelije imaju teorijsku efikasnost od 33% odnosno 45%, što premašuje dozvoljenu granicu za kristalni silicijum. Ekonomski gledano, dugoročni trošak perovskitnih modula sa jednim spojem projiciran je na 0,5-0,6 RMB/W, što je znatno niže od kristalnog silicija, što ga čini centralnom tačkom za budući razvoj fotovoltaike.
Dok su perovskitne ćelije još uvijek u ranim fazama industrijalizacije, i kompanije koje proizvode kristalni i amorfni silicijum aktivno ulažu u ovaj sektor. Različiti izvori kapitala također su ušli na tržište, podstičući široko interesovanje i ubrzavajući komercijalizaciju.
Izazovi i put ka komercijalizaciji
Perovskitne ćelije suočavaju se s izazovima vezanim za stabilnost i proizvodne procese, koji se moraju riješiti kako bi se postigla proizvodnja velikih razmjera. Trenutne pilot proizvodne linije su još uvijek u fazi testiranja. Glavne prepreke uključuju poboljšanje stabilnosti i efikasnosti konverzije kroz bolje materijale i procese. Ključne inovacije, kao što su materijali otporni na vlagu i plin, aditivi za poboljšanje stabilnosti, slojevi pasivizacije i napredna oprema, neophodne su za prevazilaženje ovih prepreka. Proboji u ovim oblastima će podstaći usvajanje u industriji, a distribuirani fotonaponski sistemi i proizvodi potrošačkog kvaliteta vjerovatno će poslužiti kao početni scenariji primjene.
Tandem ćelije: Ključ za otključavanje efikasnosti
U poređenju sa ćelijama sa jednim spojem, tandemske konfiguracije nude veću efikasnost. Među njima, silicijum-perovskitne tandemske ćelije sa četiri terminala brže napreduju ka komercijalizaciji zbog svoje jednostavnije strukture i prednosti koje povećavaju efikasnost kristalnih silicijumskih ćelija. Tandemske ćelije sa dva terminala, iako složenije, pojednostavljuju strukturu ćelije i bolje su prilagođene za uparivanje sa HJT tehnologijom. Tandemske ćelije sa punim perovskitom predstavljaju ultimativno rješenje, nudeći još veću efikasnost i niže troškove.
Konkurencija i saradnja
Pioniri amorfnog silicija, kao što su GCL Optoelectronics, Xinnano i Microquanta, predvodili su razvoj perovskita, s ciljem ulaska u PV industriju putem ove nove tehnologije. U međuvremenu, tradicionalne kompanije koje proizvode kristalni silicijum su se uključile u utrku nešto kasnije, fokusirajući se na tandem tehnologije kako bi poboljšale efikasnost postojećih kristalnih silicijumskih ćelija.
Kompanije koje se bave amorfnim silicijumom suočavaju se s finansijskim ograničenjima i mogu ubrzati razvoj tandem ćelija sa četiri terminala kako bi osigurale brži povrat ulaganja. S druge strane, kompanije koje se bave kristalnim silicijumom vjerovatno će težiti akvizicijama inovativnih perovskitnih firmi kako bi integrirale svoj napredak, što će dovesti do konsolidacije industrije.
Uprkos konkurenciji, kompanije koje proizvode kristalni i amorfni silicijum dijele zajednički cilj: unapređenje industrijalizacije perovskitne tehnologije. Očekuje se da će u bliskoj budućnosti dominirati saradnja, jer obje strane rade na ostvarenju punog potencijala primjene perovskita u fotonaponskom sektoru.
