Fotovoltaïsche cellen hebben drie generaties van technologische ontwikkeling doorlopen:
Eerste generatie: kristallijne siliciumtechnologie
Dit is gebaseerd op silicium als kernmateriaal en maakt gebruik van technologieën zoals BSF, PERC, TOPCon, HJT en IBC.
Tweede generatie: dunnefilmtechnologie
Dunnefilmcellen, vertegenwoordigd door materialen zoals koper-indium-galliumselenide (CIGS), cadmiumtelluride (CdTe) en galliumarsenide (GaAs), hebben moeite om te concurreren met kristallijn silicium vanwege hun lagere efficiëntie en hoge kosten (meer dan 2 miljard dollar per GW investering). Momenteel bedraagt hun marktaandeel minder dan 5%.
Derde generatie: Perovskiet- en organische zonnecellen
Deze generatie, die gedomineerd wordt door perovskiet-zonnecellen, heeft de afgelopen jaren een snelle ontwikkeling doorgemaakt. Het wordt beschouwd als een veelbelovende technologie die mogelijk kristallijne siliciumcellen zal overtreffen en de volgende doorbraak in de fotovoltaïsche energie zal betekenen.
Vooruitgang in de conversie-efficiëntie van fotovoltaïsche cellen
Vergeleken met kristallijn silicium bieden perovskietcellen een hoger theoretisch rendement en lagere productiekosten. Perovskietcellen met één junctie en perovskietcellen met twee juncties hebben een theoretisch rendement van respectievelijk 33% en 45%, waarmee ze het plafond van kristallijn silicium overtreffen. Economisch gezien worden de kosten van perovskietmodules met één junctie op de lange termijn geschat op 0,5–0,6 RMB/W, aanzienlijk lager dan die van kristallijn silicium, waardoor ze een belangrijk aandachtspunt vormen voor de toekomstige ontwikkeling van fotovoltaïsche energie.
Hoewel perovskietcellen zich nog in een vroeg stadium van industrialisatie bevinden, investeren zowel bedrijven die kristallijn als amorf silicium produceren actief in deze sector. Diverse kapitaalbronnen zijn ook de markt binnengekomen, wat de brede interesse aanwakkert en de commercialisering versnelt.
Uitdagingen en de weg naar commercialisering
Perovskietcellen stuiten op uitdagingen op het gebied van stabiliteit en productieprocessen, die moeten worden opgelost om grootschalige productie mogelijk te maken. De huidige pilotproductielijnen bevinden zich nog in de testfase. De belangrijkste obstakels zijn het verbeteren van de stabiliteit en de conversie-efficiëntie door betere materialen en processen. Belangrijke innovaties, zoals vocht- en gasbestendige materialen, additieven ter verbetering van de stabiliteit, passiveringslagen en geavanceerde apparatuur, zijn essentieel om deze barrières te overwinnen. Doorbraken op deze gebieden zullen de acceptatie in de industrie stimuleren, waarbij decentrale PV-systemen en consumentenproducten waarschijnlijk de eerste toepassingsscenario's zullen vormen.
Tandemcellen: de sleutel tot het ontsluiten van efficiëntie
Vergeleken met enkelvoudige cellen bieden tandemconfiguraties een hogere efficiëntie. Van deze configuraties boeken silicium-perovskiet vierpolige tandemcellen sneller vooruitgang richting commercialisering vanwege hun eenvoudigere structuur en de efficiëntieverhogende voordelen voor kristallijne siliciumcellen. Tweepolige tandemcellen zijn weliswaar complexer, maar vereenvoudigen de celstructuur en zijn beter geschikt voor combinatie met HJT-technologie. Volledig perovskiet tandemcellen vormen de ultieme oplossing en bieden een nog hogere efficiëntie en lagere kosten.
Concurrentie en samenwerking
Pioniers op het gebied van amorf silicium, zoals GCL Optoelectronics, Xinnano en Microquanta, hebben het voortouw genomen in de ontwikkeling van perovskieten met als doel de fotovoltaïsche industrie te betreden via deze nieuwe technologie. Traditionele bedrijven die zich richten op kristallijn silicium zijn daarentegen iets later in de race gestapt en concentreren zich op tandemtechnologieën om de efficiëntie van bestaande kristallijne siliciumcellen te verbeteren.
Bedrijven die amorf silicium produceren, kampen met financiële beperkingen en zullen mogelijk de ontwikkeling van vierpolige tandemcellen versnellen om sneller rendement te behalen. Bedrijven die kristallijn silicium produceren, zullen daarentegen waarschijnlijk innovatieve perovskietbedrijven overnemen om hun innovaties te integreren, wat zal leiden tot consolidatie in de sector.
Ondanks hun concurrentie delen bedrijven die zich bezighouden met kristallijn en amorf silicium een gemeenschappelijk doel: de industrialisatie van perovskiettechnologie bevorderen. Samenwerking zal naar verwachting op korte termijn de boventoon voeren, aangezien beide partijen ernaar streven het volledige potentieel van perovskiettoepassingen in de fotovoltaïsche sector te benutten.
