Fotonaponske ćelije su prošle kroz tri generacije tehnološkog razvoja:
Prva generacija: Tehnologija kristalnog silicija
Temelji se na siliciju kao osnovnom materijalu, a koristi tehnologije kao što su BSF, PERC, TOPCon, HJT i IBC.
Druga generacija: Tehnologija tankog filma
Tankoslojne ćelije, predstavljene materijalima poput bakra, indija, galija, selenida (CIGS), kadmija, telurida (CdTe) i galija, arsenida (GaAs), teško su konkurirale kristalnom siliciju zbog niže učinkovitosti i visokih troškova (preko 2 milijarde dolara po GW ulaganja). Trenutno je njihov tržišni udio manji od 5%.
Treća generacija: Perovskit 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 silicijske ćelije kao sljedeći proboj u fotonaponskim sustavima.
Napredak u učinkovitosti pretvorbe fotonaponskih ćelija
U usporedbi s kristalnim silicijem, perovskitne ćelije nude veću teorijsku učinkovitost i niže troškove proizvodnje. Perovskitne ćelije s jednim spojem i tandemske perovskitne ćelije imaju teorijsku učinkovitost od 33% odnosno 45%, što premašuje gornju granicu za kristalni silicij. Ekonomski gledano, dugoročni trošak perovskitnih modula s jednim spojem predviđa se na 0,5–0,6 RMB/W, što je znatno niže od kristalnog silicija, što ga čini središnjom točkom za budući razvoj fotonaponske energije.
Dok su perovskitne ćelije još uvijek u ranim fazama industrijalizacije, tvrtke koje se bave i kristalnim i amorfnim silicijem aktivno ulažu u ovaj sektor. Različiti izvori kapitala također su ušli na tržište, potičući široki interes i ubrzavajući komercijalizaciju.
Izazovi i put do komercijalizacije
Perovskitne ćelije suočavaju se s izazovima vezanim uz stabilnost i proizvodne procese, koje je potrebno riješiti kako bi se postigla proizvodnja velikih razmjera. Trenutne pilot proizvodne linije još su uvijek u fazi testiranja. Glavne prepreke uključuju poboljšanje stabilnosti i učinkovitosti pretvorbe kroz bolje materijale i procese. Ključne inovacije, poput materijala otpornih na vlagu i plinove, aditiva za poboljšanje stabilnosti, pasivizacijskih slojeva i napredne opreme, ključne su za prevladavanje tih prepreka. Proboji u tim područjima potaknut će prihvaćanje u industriji, a distribuirani fotonaponski sustavi i proizvodi potrošačke klase vjerojatno će poslužiti kao početni scenariji primjene.
Tandemske ćelije: Ključ za otključavanje učinkovitosti
U usporedbi s ćelijama s jednim spojem, tandemske konfiguracije nude veću učinkovitost. Među njima, silicij-perovskitne tandemske ćelije s četiri terminala brže napreduju prema komercijalizaciji zbog svoje jednostavnije strukture i prednosti povećanja učinkovitosti za kristalne silicijske ćelije. Dvoterminalne tandemske ćelije, iako složenije, pojednostavljuju strukturu ćelije i bolje su prikladne za uparivanje s HJT tehnologijom. Potpuno perovskitne tandemske ćelije predstavljaju vrhunsko rješenje, nudeći još veću učinkovitost i niže troškove.
Natjecanje i suradnja
Pioniri amorfnog silicija, poput GCL Optoelectronics, Xinnano i Microquanta, predvodili su razvoj perovskita, s ciljem ulaska u fotonaponsku industriju putem ove nove tehnologije. U međuvremenu, tradicionalne tvrtke koje se bave kristalnim silicijem uključile su se u utrku nešto kasnije, fokusirajući se na tandem tehnologije kako bi poboljšale učinkovitost postojećih kristalnih silicijskih ćelija.
Tvrtke koje se bave amorfnim silicijem suočavaju se s financijskim ograničenjima i mogu ubrzati razvoj tandemskih ćelija s četiri terminala kako bi osigurale brži povrat ulaganja. S druge strane, tvrtke koje se bave kristalnim silicijem vjerojatno će težiti akvizicijama inovativnih perovskitnih tvrtki kako bi integrirale svoj napredak, što će dovesti do konsolidacije industrije.
Unatoč konkurenciji, tvrtke koje se bave kristalnim i amorfnim silicijem dijele zajednički cilj: unapređenje industrijalizacije perovskitne tehnologije. Očekuje se da će u bliskoj budućnosti dominirati suradnički napori, jer obje strane rade na ostvarenju punog potencijala primjene perovskita u fotonaponskom sektoru.
