سلولهای فتوولتائیک سه نسل از توسعه فناوری را پشت سر گذاشتهاند:
نسل اول: فناوری سیلیکون کریستالی
این ماده بر پایه سیلیکون به عنوان ماده اصلی است و از فناوریهایی مانند BSF، PERC، TOPCon، HJT و IBC بهره میبرد.
نسل دوم: فناوری لایه نازک
سلولهای لایه نازک که با موادی مانند مس، ایندیوم، گالیوم، سلنید (CIGS)، کادمیوم، تلورید (CdTe) و گالیوم، آرسنید (GaAs) ارائه میشوند، به دلیل راندمان پایینتر و هزینههای بالا (بیش از ۲ میلیارد دلار به ازای هر گیگاوات سرمایهگذاری) در رقابت با سیلیکون کریستالی با مشکل مواجه بودهاند. در حال حاضر، سهم بازار آنها کمتر از ۵٪ است.
نسل سوم: سلولهای خورشیدی پروسکایت و آلی
این نسل که تحت سلطه سلولهای خورشیدی پروسکایت است، در سالهای اخیر شاهد توسعه سریعی بوده است. این یک فناوری امیدوارکننده محسوب میشود که ممکن است از سلولهای سیلیکونی کریستالی به عنوان پیشرفت بعدی در فتوولتائیک پیشی بگیرد.
پیشرفت در راندمان تبدیل سلولهای فتوولتائیک
در مقایسه با سیلیکون کریستالی، سلولهای پروسکایت راندمان نظری بالاتر و هزینههای تولید پایینتری ارائه میدهند. سلولهای پروسکایت تک اتصالی و پشت سر هم به ترتیب راندمان نظری ۳۳٪ و ۴۵٪ دارند که از سقف سیلیکون کریستالی فراتر میرود. از نظر اقتصادی، هزینه بلندمدت ماژولهای پروسکایت تک اتصالی ۰.۵ تا ۰.۶ یوان بر وات پیشبینی میشود که به طور قابل توجهی کمتر از سیلیکون کریستالی است و آن را به نقطه کانونی برای توسعه فتوولتائیک در آینده تبدیل میکند.
در حالی که سلولهای پروسکایت هنوز در مراحل اولیه صنعتی شدن هستند، شرکتهای سیلیکون کریستالی و آمورف به طور فعال در این بخش سرمایهگذاری میکنند. منابع مختلف سرمایه نیز وارد بازار شدهاند که باعث افزایش علاقه گسترده و تسریع تجاریسازی شده است.
چالشها و مسیر تجاریسازی
سلولهای پروسکایت با چالشهایی در رابطه با پایداری و فرآیندهای تولید مواجه هستند که برای دستیابی به تولید در مقیاس بزرگ باید برطرف شوند. خطوط تولید آزمایشی فعلی هنوز در مرحله آزمایش هستند. موانع اصلی شامل بهبود پایداری و راندمان تبدیل از طریق مواد و فرآیندهای بهتر است. نوآوریهای کلیدی، مانند مواد مقاوم در برابر رطوبت و گاز، افزودنیهایی برای افزایش پایداری، لایههای غیرفعالسازی و تجهیزات پیشرفته، برای غلبه بر این موانع ضروری هستند. پیشرفت در این زمینهها، پذیرش صنعت را هدایت خواهد کرد و احتمالاً محصولات فتوولتائیک توزیعشده و محصولات مصرفی به عنوان سناریوهای اولیه کاربرد عمل خواهند کرد.
سلولهای پشت سر هم: کلید افزایش بهرهوری
در مقایسه با سلولهای تک اتصالی، پیکربندیهای پشت سر هم راندمان بالاتری ارائه میدهند. در میان این سلولها، سلولهای پشت سر هم چهار ترمیناله سیلیکون-پروسکایت به دلیل ساختار سادهتر و مزایای افزایش راندمان برای سلولهای سیلیکونی کریستالی، سریعتر به سمت تجاریسازی پیش میروند. سلولهای پشت سر هم دو ترمیناله، در حالی که پیچیدهتر هستند، ساختار سلول را سادهتر میکنند و برای جفت شدن با فناوری HJT مناسبتر هستند. سلولهای پشت سر هم کاملاً پروسکایت، راهحل نهایی را ارائه میدهند و راندمان بالاتر و هزینههای کمتری را ارائه میدهند.
رقابت و همکاری
پیشگامان سیلیکون آمورف، مانند GCL Optoelectronics، Xinnano و Microquanta، رهبری توسعه پروسکایت را بر عهده داشتهاند و هدفشان ورود به صنعت فتوولتائیک از طریق این فناوری جدید است. در همین حال، شرکتهای سنتی سیلیکون کریستالی کمی دیرتر وارد این رقابت شدهاند و بر فناوریهای پشت سر هم برای افزایش راندمان سلولهای سیلیکون کریستالی موجود تمرکز کردهاند.
شرکتهای سیلیکون آمورف با محدودیتهای مالی مواجه هستند و ممکن است توسعه سلولهای چهار ترمیناله پشت سر هم را تسریع کنند تا بازده سریعتری را تضمین کنند. در مقابل، شرکتهای سیلیکون کریستالی احتمالاً به دنبال خرید شرکتهای پروسکایت نوآور هستند تا پیشرفتهای خود را ادغام کنند و منجر به ادغام صنعت شوند.
با وجود رقابت، شرکتهای سیلیکون کریستالی و آمورف یک هدف مشترک دارند: پیشبرد صنعتیسازی فناوری پروسکایت. انتظار میرود تلاشهای مشترک در کوتاهمدت غالب شود، زیرا هر دو طرف برای تحقق پتانسیل کامل کاربردهای پروسکایت در بخش فتوولتائیک تلاش میکنند.
