Ogniwa fotowoltaiczne przeszły trzy generacje rozwoju technologicznego:
Pierwsza generacja: technologia krzemu krystalicznego
Podstawą tego rozwiązania jest krzem, a w jego budowie zastosowano takie technologie jak BSF, PERC, TOPCon, HJT i IBC.
Druga generacja: technologia cienkowarstwowa
Ogniwa cienkowarstwowe, reprezentowane przez materiały takie jak selenek miedzi, indu i galu (CIGS), tellurek kadmu (CdTe) i arsenek galu (GaAs), mają trudności z konkurowaniem z krzemem krystalicznym ze względu na niższą wydajność i wysokie koszty (ponad 2 miliardy dolarów na GW inwestycji). Obecnie ich udział w rynku wynosi mniej niż 5%.
Trzecia generacja: perowskitowe i organiczne ogniwa słoneczne
Ta generacja, zdominowana przez ogniwa perowskitowe, dynamicznie rozwija się w ostatnich latach. Uważa się ją za obiecującą technologię, która może przewyższyć ogniwa z krzemu krystalicznego i stać się kolejnym przełomem w fotowoltaice.
Postęp w wydajności konwersji ogniw fotowoltaicznych
W porównaniu z krzemem krystalicznym, ogniwa perowskitowe oferują wyższą sprawność teoretyczną i niższe koszty produkcji. Jednozłączowe i tandemowe ogniwa perowskitowe osiągają sprawność teoretyczną odpowiednio 33% i 45%, przewyższając pułap krzemu krystalicznego. Z ekonomicznego punktu widzenia, długoterminowy koszt modułów perowskitowych jednozłączowych prognozowany jest na poziomie 0,5–0,6 RMB/W, znacznie niższym niż w przypadku krzemu krystalicznego, co czyni je kluczowym elementem przyszłego rozwoju fotowoltaiki.
Chociaż ogniwa perowskitowe wciąż znajdują się na wczesnym etapie industrializacji, firmy produkujące zarówno krzem krystaliczny, jak i amorficzny aktywnie inwestują w ten sektor. Na rynku pojawiło się również wiele źródeł kapitału, co napędzało powszechne zainteresowanie i przyspieszało komercjalizację.
Wyzwania i droga do komercjalizacji
Ogniwa perowskitowe stoją przed wyzwaniami związanymi ze stabilnością i procesami produkcyjnymi, które muszą zostać rozwiązane, aby osiągnąć produkcję na dużą skalę. Obecne pilotażowe linie produkcyjne wciąż znajdują się w fazie testów. Główne przeszkody obejmują poprawę stabilności i wydajności konwersji poprzez lepsze materiały i procesy. Kluczowe innowacje, takie jak materiały odporne na wilgoć i gazy, dodatki poprawiające stabilność, warstwy pasywacyjne oraz zaawansowany sprzęt, są niezbędne do pokonania tych barier. Przełomy w tych obszarach będą napędzać adaptację w przemyśle, a rozproszone produkty fotowoltaiczne i konsumenckie prawdopodobnie staną się pierwszymi scenariuszami zastosowań.
Komórki tandemowe: klucz do odblokowania wydajności
W porównaniu z ogniwami jednozłączowymi, konfiguracje tandemowe oferują wyższą wydajność. Spośród nich, krzemowo-perowskitowe ogniwa tandemowe z czterema zaciskami (CF) szybciej wchodzą na rynek ze względu na prostszą konstrukcję i korzyści zwiększające wydajność ogniw z krzemu krystalicznego. Ogniwa tandemowe z dwoma zaciskami, choć bardziej złożone, upraszczają konstrukcję i lepiej nadają się do współpracy z technologią HJT. Ogniwa tandemowe z pełnym perowskitem stanowią optymalne rozwiązanie, oferując jeszcze wyższą wydajność i niższe koszty.
Konkurencja i współpraca
Pionierzy krzemu amorficznego, tacy jak GCL Optoelectronics, Xinnano i Microquanta, przewodzą w rozwoju perowskitów, dążąc do wejścia do branży fotowoltaicznej dzięki tej nowej technologii. Tymczasem tradycyjne firmy produkujące krzem krystaliczny dołączyły do wyścigu nieco później, koncentrując się na technologiach tandemowych w celu zwiększenia wydajności istniejących ogniw z krzemu krystalicznego.
Firmy produkujące krzem amorficzny borykają się z ograniczeniami finansowymi i mogą przyspieszyć rozwój czterozaciskowych ogniw tandemowych, aby zapewnić szybsze zyski. Z kolei firmy produkujące krzem krystaliczny prawdopodobnie będą dążyć do przejęć innowacyjnych firm perowskitowych, aby zintegrować ich postęp, co doprowadzi do konsolidacji branży.
Pomimo konkurencji, firmy produkujące krzem krystaliczny i amorficzny mają wspólny cel: rozwój industrializacji technologii perowskitowej. Oczekuje się, że w najbliższej przyszłości dominującą rolę odegrają wspólne działania, ponieważ obie strony dążą do pełnego wykorzystania potencjału zastosowań perowskitu w sektorze fotowoltaicznym.
