Fotovoltaične celice so doživele tri generacije tehnološkega razvoja:
Prva generacija: Tehnologija kristalnega silicija
Temelji na siliciju kot osrednjem materialu, z uporabo tehnologij, kot so BSF, PERC, TOPCon, HJT in IBC.
Druga generacija: Tehnologija tankih filmov
Tankoplastne celice, ki jih predstavljajo materiali, kot so bakrov indij-galijev selenid (CIGS), kadmijev telurid (CdTe) in galijev arzenid (GaAs), se zaradi nižje učinkovitosti in visokih stroškov (več kot 2 milijardi dolarjev na GW naložbe) težko kosajo s kristalnim silicijem. Trenutno je njihov tržni delež manjši od 5 %.
Tretja generacija: perovskitne in organske sončne celice
Ta generacija, v kateri prevladujejo perovskitne sončne celice, se je v zadnjih letih hitro razvila. Velja za obetavno tehnologijo, ki bi lahko presegla kristalne silicijeve celice kot naslednji preboj v fotovoltaiki.
Napredek pri učinkovitosti pretvorbe fotovoltaičnih celic
V primerjavi s kristalnim silicijem ponujajo perovskitne celice večjo teoretično učinkovitost in nižje proizvodne stroške. Perovskitne celice z enim stikom in tandemske perovskitne celice imajo teoretično učinkovitost 33 % oziroma 45 %, kar presega zgornjo mejo za kristalni silicij. Ekonomsko gledano so dolgoročni stroški perovskitnih modulov z enim stikom predvideni na 0,5–0,6 RMB/W, kar je bistveno manj kot pri kristalnem siliciju, zaradi česar so osrednja točka za prihodnji razvoj fotovoltaike.
Medtem ko so perovskitne celice še v zgodnjih fazah industrializacije, tako podjetja, ki se ukvarjajo s kristalnim kot amorfnim silicijem, aktivno vlagajo v ta sektor. Na trg so vstopili tudi različni viri kapitala, kar je spodbudilo široko zanimanje in pospešilo komercializacijo.
Izzivi in pot do komercializacije
Perovskitne celice se soočajo z izzivi, povezanimi s stabilnostjo in proizvodnimi procesi, ki jih je treba rešiti za dosego obsežne proizvodnje. Trenutne pilotne proizvodne linije so še vedno v fazi testiranja. Glavne ovire vključujejo izboljšanje stabilnosti in učinkovitosti pretvorbe z boljšimi materiali in procesi. Ključne inovacije, kot so materiali, odporni na vlago in pline, dodatki za izboljšanje stabilnosti, pasivacijske plasti in napredna oprema, so bistvenega pomena za premagovanje teh ovir. Preboji na teh področjih bodo spodbudili sprejetje v industriji, pri čemer bodo distribuirani fotonapetostni sistemi in izdelki za potrošniško uporabo verjetno služili kot prvi scenariji uporabe.
Tandemske celice: ključ do sprostitve učinkovitosti
V primerjavi z enojno spojno celico tandemske konfiguracije ponujajo večjo učinkovitost. Med njimi tandemske celice s štirimi terminali iz silicija in perovskita hitreje napredujejo v komercializacijo zaradi svoje enostavnejše strukture in prednosti za povečanje učinkovitosti celic iz kristalnega silicija. Tandemske celice z dvema terminaloma, čeprav bolj kompleksne, poenostavijo strukturo celic in so bolj primerne za povezovanje s tehnologijo HJT. Tandemske celice s polnim perovskitom predstavljajo vrhunsko rešitev, ki ponuja še večjo učinkovitost in nižje stroške.
Konkurenca in sodelovanje
Pionirji amorfnega silicija, kot so GCL Optoelectronics, Xinnano in Microquanta, so prevzeli vodilno vlogo pri razvoju perovskitov in si prizadevajo za vstop v fotonapetostno industrijo s to novo tehnologijo. Medtem so se tradicionalna podjetja s kristalnim silicijem v tekmo vključila nekoliko kasneje in se osredotočila na tandemske tehnologije za povečanje učinkovitosti obstoječih kristalnih silicijevih celic.
Podjetja, ki se ukvarjajo z amorfnim silicijem, se soočajo s finančnimi omejitvami in lahko pospešijo razvoj štiri-terminalnih tandemskih celic, da bi si zagotovila hitrejšo donosnost. Nasprotno pa si bodo podjetja, ki se ukvarjajo s kristalnim silicijem, verjetno prizadevala za prevzeme inovativnih perovskitnih podjetij, da bi integrirala svoj napredek, kar bi vodilo v konsolidacijo industrije.
Kljub konkurenci imajo podjetja, ki proizvajajo kristalni in amorfni silicij, skupen cilj: pospeševanje industrializacije perovskitne tehnologije. Pričakuje se, da bodo v bližnji prihodnosti prevladovala skupna prizadevanja, saj si obe strani prizadevata za uresničitev polnega potenciala uporabe perovskita v fotovoltaičnem sektorju.
