Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία έχουν υποστεί τρεις γενιές τεχνολογικής ανάπτυξης:
Πρώτη Γενιά: Τεχνολογία Κρυσταλλικού Πυριτίου
Αυτό βασίζεται στο πυρίτιο ως βασικό υλικό, με τεχνολογίες όπως BSF, PERC, TOPCon, HJT και IBC.
Δεύτερη Γενιά: Τεχνολογία Λεπτής Μεμβράνης
Αντιπροσωπευόμενα από υλικά όπως το χαλκό, το ίνδιο, το γάλλιο, το σεληνίδιο (CIGS), το τελουρίδιο του καδμίου (CdTe) και το αρσενίδιο του γαλλίου (GaAs), τα στοιχεία λεπτής μεμβράνης δυσκολεύονται να ανταγωνιστούν το κρυσταλλικό πυρίτιο λόγω χαμηλότερης απόδοσης και υψηλού κόστους (πάνω από 2 δισεκατομμύρια δολάρια ανά GW επένδυσης). Επί του παρόντος, το μερίδιο αγοράς τους είναι μικρότερο από 5%.
Τρίτη Γενιά: Περοβσκίτης και Οργανικά Ηλιακά Κυψέλες
Κυριαρχούμενη από τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη, αυτή η γενιά έχει γνωρίσει ραγδαία ανάπτυξη τα τελευταία χρόνια. Θεωρείται μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία που μπορεί να ξεπεράσει τα κρυσταλλικά στοιχεία πυριτίου ως η επόμενη σημαντική ανακάλυψη στα φωτοβολταϊκά.
Πρόοδος στην Απόδοση Μετατροπής Φωτοβολταϊκών Κυψελών
Σε σύγκριση με το κρυσταλλικό πυρίτιο, τα στοιχεία περοβσκίτη προσφέρουν υψηλότερη θεωρητική απόδοση και χαμηλότερο κόστος παραγωγής. Τα στοιχεία περοβσκίτη μονής σύνδεσης και τα στοιχεία σε σειρά έχουν θεωρητική απόδοση 33% και 45% αντίστοιχα, ξεπερνώντας το ανώτατο όριο για το κρυσταλλικό πυρίτιο. Από οικονομικής άποψης, το μακροπρόθεσμο κόστος των στοιχείων περοβσκίτη μονής σύνδεσης προβλέπεται στα 0,5–0,6 RMB/W, σημαντικά χαμηλότερο από το κρυσταλλικό πυρίτιο, καθιστώντας το ένα κομβικό σημείο για τη μελλοντική ανάπτυξη φωτοβολταϊκών.
Ενώ τα στοιχεία περοβσκίτη βρίσκονται στα αρχικά στάδια της βιομηχανοποίησης, τόσο οι εταιρείες κρυσταλλικού όσο και οι εταιρείες άμορφου πυριτίου επενδύουν ενεργά σε αυτόν τον τομέα. Διάφορες πηγές κεφαλαίου έχουν επίσης εισέλθει στην αγορά, τροφοδοτώντας το ευρύ ενδιαφέρον και επιταχύνοντας την εμπορευματοποίηση.
Προκλήσεις και πορεία προς την εμπορευματοποίηση
Τα στοιχεία περοβσκίτη αντιμετωπίζουν προκλήσεις που σχετίζονται με τη σταθερότητα και τις διαδικασίες παραγωγής, οι οποίες πρέπει να επιλυθούν για την επίτευξη παραγωγής μεγάλης κλίμακας. Οι τρέχουσες πιλοτικές γραμμές παραγωγής βρίσκονται ακόμη στο στάδιο των δοκιμών. Τα κύρια εμπόδια περιλαμβάνουν τη βελτίωση της σταθερότητας και της αποδοτικότητας μετατροπής μέσω καλύτερων υλικών και διαδικασιών. Βασικές καινοτομίες, όπως υλικά ανθεκτικά στην υγρασία και τα αέρια, πρόσθετα για την ενίσχυση της σταθερότητας, στρώματα παθητικοποίησης και προηγμένος εξοπλισμός, είναι απαραίτητες για την υπέρβαση αυτών των εμποδίων. Οι σημαντικές ανακαλύψεις σε αυτούς τους τομείς θα οδηγήσουν στην υιοθέτηση της βιομηχανίας, με τα κατανεμημένα φωτοβολταϊκά και τα προϊόντα καταναλωτικής ποιότητας να χρησιμεύουν πιθανώς ως αρχικά σενάρια εφαρμογής.
Tandem Cells: Ένα κλειδί για την απελευθέρωση της αποδοτικότητας
Σε σύγκριση με τα στοιχεία μίας σύνδεσης, οι διαμορφώσεις σε σειρά προσφέρουν υψηλότερη απόδοση. Μεταξύ αυτών, τα τετραπολικά στοιχεία σε σειρά πυριτίου-περοβσκίτη προχωρούν ταχύτερα προς την εμπορευματοποίηση λόγω της απλούστερης δομής τους και των πλεονεκτημάτων ενίσχυσης της απόδοσης για τα στοιχεία κρυσταλλικού πυριτίου. Τα διπολικά στοιχεία σε σειρά, αν και πιο σύνθετα, βελτιστοποιούν τη δομή των στοιχείων και είναι πιο κατάλληλα για σύνδεση με την τεχνολογία HJT. Τα στοιχεία σε σειρά πλήρους περοβσκίτη αντιπροσωπεύουν την απόλυτη λύση, προσφέροντας ακόμη υψηλότερη απόδοση και χαμηλότερο κόστος.
Ανταγωνισμός και Συνεργασία
Οι πρωτοπόροι του άμορφου πυριτίου, όπως οι GCL Optoelectronics, Xinnano και Microquanta, έχουν πρωτοστατήσει στην ανάπτυξη περοβσκίτη, με στόχο να εισέλθουν στη βιομηχανία φωτοβολταϊκών μέσω αυτής της νέας τεχνολογίας. Εν τω μεταξύ, οι παραδοσιακές εταιρείες κρυσταλλικού πυριτίου έχουν εισέλθει στον αγώνα λίγο αργότερα, εστιάζοντας σε τεχνολογίες tandem για την ενίσχυση της απόδοσης των υφιστάμενων κυψελών κρυσταλλικού πυριτίου.
Οι εταιρείες άμορφου πυριτίου αντιμετωπίζουν οικονομικούς περιορισμούς και ενδέχεται να επιταχύνουν την ανάπτυξη τετραπολικών διαδοχικών κυψελών για να εξασφαλίσουν ταχύτερες αποδόσεις. Αντίθετα, οι εταιρείες κρυσταλλικού πυριτίου είναι πιθανό να επιδιώξουν εξαγορές καινοτόμων εταιρειών περοβσκίτη για να ενσωματώσουν τις εξελίξεις τους, οδηγώντας σε ενοποίηση του κλάδου.
Παρά τον ανταγωνισμό τους, οι εταιρείες κρυσταλλικού και άμορφου πυριτίου μοιράζονται έναν κοινό στόχο: την προώθηση της βιομηχανοποίησης της τεχνολογίας περοβσκίτη. Οι συνεργατικές προσπάθειες αναμένεται να κυριαρχήσουν στο εγγύς μέλλον, καθώς και οι δύο πλευρές εργάζονται για την πλήρη αξιοποίηση των δυνατοτήτων των εφαρμογών του περοβσκίτη στον φωτοβολταϊκό τομέα.
