Fotovoltiniai elementai išgyveno tris technologinės plėtros kartas:
Pirmoji karta: kristalinio silicio technologija
Tai pagrįsta siliciu kaip pagrindine medžiaga, naudojant tokias technologijas kaip BSF, PERC, TOPCon, HJT ir IBC.
Antroji karta: plonasluoksnė technologija
Plonasluoksnės ląstelės, kurias reprezentuoja tokios medžiagos kaip vario indžio galio selenidas (CIGS), kadmio telūridas (CdTe) ir galio arsenidas (GaAs), sunkiai konkuruoja su kristaliniu siliciu dėl mažesnio efektyvumo ir didelių sąnaudų (daugiau nei 2 mlrd. USD vienam GW investicijų). Šiuo metu jų rinkos dalis sudaro mažiau nei 5 %.
Trečioji karta: perovskitas ir organinės saulės baterijos
Šiai saulės baterijų kartai, kurioje dominuoja perovskito elementai, pastaraisiais metais buvo būdingas spartus vystymasis. Ji laikoma perspektyvia technologija, kuri gali pranokti kristalinio silicio elementus ir tapti kitu fotovoltinės energijos proveržiu.
Fotovoltinių elementų konversijos efektyvumo pažanga
Palyginti su kristaliniu siliciu, perovskito elementai pasižymi didesniu teoriniu efektyvumu ir mažesnėmis gamybos sąnaudomis. Vienos sandūros ir tandeminių perovskito elementų teorinis efektyvumas yra atitinkamai 33 % ir 45 %, o tai viršija kristalinio silicio lubas. Ekonomiškai ilgalaikė vienos sandūros perovskito modulių kaina prognozuojama 0,5–0,6 RMB/W, tai yra gerokai mažiau nei kristalinio silicio, todėl tai yra pagrindinis būsimos fotovoltinės įrangos plėtros veiksnys.
Nors perovskito elementai vis dar yra ankstyvosiose industrializacijos stadijose, tiek kristalinio, tiek amorfinio silicio įmonės aktyviai investuoja į šį sektorių. Į rinką taip pat pateko įvairūs kapitalo šaltiniai, kurie skatina platų susidomėjimą ir spartina komercializaciją.
Iššūkiai ir komercializacijos kelias
Perovskito elementai susiduria su iššūkiais, susijusiais su stabilumu ir gamybos procesais, kuriuos reikia išspręsti norint pasiekti didelio masto gamybą. Dabartinės bandomosios gamybos linijos vis dar yra bandymų etape. Pagrindinės kliūtys yra stabilumo ir konversijos efektyvumo gerinimas naudojant geresnes medžiagas ir procesus. Svarbiausios inovacijos, tokios kaip drėgmei ir dujoms atsparios medžiagos, stabilumą didinantys priedai, pasyvavimo sluoksniai ir pažangi įranga, yra būtinos norint įveikti šias kliūtis. Proveržiai šiose srityse paskatins pramonės pritaikymą, o paskirstytosios FV ir vartotojams skirti produktai greičiausiai bus pirminiai taikymo scenarijai.
Tandeminės ląstelės: raktas į efektyvumo didinimą
Palyginti su vienos jungties elementais, tandeminės konfigūracijos pasižymi didesniu efektyvumu. Tarp jų silicio-perovskito keturių terminalų tandeminės ląstelės sparčiau komercializuojamos dėl savo paprastesnės struktūros ir efektyvumą didinančių privalumų, būdingų kristalinio silicio elementams. Dviejų terminalų tandeminės ląstelės, nors ir sudėtingesnės, supaprastina elementų struktūrą ir geriau tinka derinti su HJT technologija. Pilnai perovskitiniai tandeminiai elementai yra geriausias sprendimas, siūlantis dar didesnį efektyvumą ir mažesnes sąnaudas.
Konkurencija ir bendradarbiavimas
Amorfinio silicio pionieriai, tokie kaip „GCL Optoelectronics“, „Xinnano“ ir „Microquanta“, pirmavo perovskito kūrimo srityje, siekdami patekti į FV pramonę, pasitelkdami šią naują technologiją. Tuo tarpu tradicinės kristalinio silicio bendrovės į lenktynes įsitraukė šiek tiek vėliau, daugiausia dėmesio skirdamos tandeminėms technologijoms, siekdamos padidinti esamų kristalinio silicio elementų efektyvumą.
Amorfinio silicio įmonės susiduria su finansiniais apribojimais ir gali paspartinti keturių terminalų tandeminių elementų kūrimą, kad užsitikrintų greitesnę grąžą. Priešingai, kristalinio silicio įmonės greičiausiai sieks įsigyti novatoriškų perovskito įmonių, kad integruotų savo pažangą, o tai paskatintų pramonės konsolidaciją.
Nepaisant konkurencijos, kristalinio ir amorfinio silicio įmonės turi bendrą tikslą: skatinti perovskito technologijos industrializaciją. Tikimasi, kad artimiausiu metu dominuos bendradarbiavimo pastangos, abiem šalims siekiant visapusiškai išnaudoti perovskito pritaikymo potencialą fotovoltinių elementų sektoriuje.
