Fotoelektriskās šūnas ir piedzīvojušas trīs tehnoloģiskās attīstības paaudzes:
Pirmā paaudze: kristāliskā silīcija tehnoloģija
Tas ir balstīts uz silīciju kā pamatmateriālu, izmantojot tādas tehnoloģijas kā BSF, PERC, TOPCon, HJT un IBC.
Otrā paaudze: plānplēves tehnoloģija
Plānās plēves šūnas, kuras pārstāv tādi materiāli kā vara indija gallija selenīds (CIGS), kadmija telurīds (CdTe) un gallija arsenīds (GaAs), ir cīnījušās, lai konkurētu ar kristālisko silīciju zemākas efektivitātes un augsto izmaksu dēļ (vairāk nekā 2 miljardi ASV dolāru uz GW investīciju). Pašlaik to tirgus daļa ir mazāka par 5%.
Trešā paaudze: perovskīts un organiskās saules baterijas
Šī paaudze, kurā dominē perovskīta saules baterijas, pēdējos gados ir strauji attīstījusies. Tā tiek uzskatīta par daudzsološu tehnoloģiju, kas varētu pārspēt kristāliskā silīcija baterijas kā nākamais sasniegums fotoelektriskajā tehnoloģijā.
Fotoelektrisko elementu konversijas efektivitātes progress
Salīdzinot ar kristālisko silīciju, perovskīta elementi piedāvā augstāku teorētisko efektivitāti un zemākas ražošanas izmaksas. Vienas savienojuma un tandēma perovskīta elementu teorētiskā efektivitāte ir attiecīgi 33% un 45%, pārsniedzot kristāliskā silīcija maksimālo robežu. Ekonomiski vienas savienojuma perovskīta moduļu ilgtermiņa izmaksas tiek prognozētas 0,5–0,6 RMB/W apmērā, kas ir ievērojami zemākas nekā kristāliskajam silīcijam, padarot tos par galveno virzienu fotoelektrisko elementu attīstībā nākotnē.
Lai gan perovskīta šūnas joprojām ir industrializācijas sākumposmā, gan kristāliskā, gan amorfā silīcija uzņēmumi aktīvi iegulda šajā nozarē. Tirgū ir ienākuši arī dažādi kapitāla avoti, veicinot plašu interesi un paātrinot komercializāciju.
Izaicinājumi un ceļš uz komercializāciju
Perovskīta šūnām ir problēmas, kas saistītas ar stabilitāti un ražošanas procesiem, kuras jāatrisina, lai panāktu liela mēroga ražošanu. Pašreizējās pilotražošanas līnijas joprojām atrodas izmēģinājuma stadijā. Galvenie šķēršļi ir stabilitātes un konversijas efektivitātes uzlabošana, izmantojot labākus materiālus un procesus. Galvenie jauninājumi, piemēram, mitruma un gāzes izturīgi materiāli, piedevas stabilitātes uzlabošanai, pasivācijas slāņi un modernas iekārtas, ir būtiski, lai pārvarētu šos šķēršļus. Izrāvieni šajās jomās veicinās nozares pieņemšanu, un sākotnējie pielietojuma scenāriji, visticamāk, būs izkliedētie PV un patērētāju līmeņa produkti.
Tandēma šūnas: atslēga uz efektivitātes atrašanu
Salīdzinot ar viena savienojuma elementiem, tandēma konfigurācijas piedāvā augstāku efektivitāti. Starp tiem silīcija-perovskīta četru termināļu tandēma elementi straujāk virzās uz komercializāciju, pateicoties to vienkāršākai struktūrai un efektivitāti veicinošām priekšrocībām, ko sniedz kristāliskā silīcija elementi. Divu termināļu tandēma elementi, lai arī sarežģītāki, racionalizē elementu struktūru un ir labāk piemēroti savienošanai ar HJT tehnoloģiju. Pilna perovskīta tandēma elementi ir labākais risinājums, piedāvājot vēl augstāku efektivitāti un zemākas izmaksas.
Konkurence un sadarbība
Amorfā silīcija pionieri, piemēram, GCL Optoelectronics, Xinnano un Microquanta, ir bijuši perovskītu izstrādes līderi, kuru mērķis ir ienākt fotoelektrisko elementu nozarē, izmantojot šo jauno tehnoloģiju. Tikmēr tradicionālie kristāliskā silīcija uzņēmumi šajā sacensībā iesaistījās nedaudz vēlāk, koncentrējoties uz tandēma tehnoloģijām, lai uzlabotu esošo kristāliskā silīcija elementu efektivitāti.
Amorfā silīcija uzņēmumi saskaras ar finansiāliem ierobežojumiem un var paātrināt četru terminālu tandēma šūnu izstrādi, lai nodrošinātu ātrāku atdevi. Turpretī kristāliskā silīcija uzņēmumi, visticamāk, veiks inovatīvu perovskīta uzņēmumu iegādi, lai integrētu savus sasniegumus, kas novedīs pie nozares konsolidācijas.
Neskatoties uz konkurenci, kristāliskā un amorfā silīcija uzņēmumiem ir kopīgs mērķis: veicināt perovskīta tehnoloģijas industrializāciju. Paredzams, ka tuvākajā laikā dominēs sadarbība, abām pusēm strādājot pie perovskīta pielietojumu pilnā potenciāla realizēšanas fotoelektrisko elementu nozarē.
