Fotovoltaiska celler har genomgått tre generationer av teknisk utveckling:
Första generationen: Kristallin kiselteknik
Detta är baserat på kisel som kärnmaterial, med tekniker som BSF, PERC, TOPCon, HJT och IBC.
Andra generationen: Tunnfilmsteknik
Tunnfilmsceller, som representeras av material som kopparindiumgalliumselenid (CIGS), kadmiumtellurid (CdTe) och galliumarsenid (GaAs), har haft svårt att konkurrera med kristallint kisel på grund av lägre effektivitet och höga kostnader (över 2 miljarder dollar per GW investering). För närvarande är deras marknadsandel mindre än 5 %.
Tredje generationen: Perovskit och organiska solceller
Denna generation, som domineras av perovskitsolceller, har genomgått en snabb utveckling de senaste åren. Den anses vara en lovande teknik som kan överträffa kristallina kiselceller som nästa genombrott inom solceller.
Framsteg inom effektivitet i omvandling av fotovoltaiska celler
Jämfört med kristallint kisel erbjuder perovskitceller högre teoretisk effektivitet och lägre produktionskostnader. Perovskitceller med en enda övergång och tandemceller har teoretiska effektiviteter på 33 % respektive 45 %, vilket överstiger taket för kristallint kisel. Ekonomiskt sett beräknas den långsiktiga kostnaden för perovskitmoduler med en enda övergång till 0,5–0,6 RMB/W, vilket är betydligt lägre än för kristallint kisel, vilket gör dem till en fokuspunkt för framtida solcellsutveckling.
Medan perovskitceller fortfarande befinner sig i tidiga industrialiseringsstadier investerar både kristallina och amorfa kiselföretag aktivt i denna sektor. Olika kapitalkällor har också kommit in på marknaden, vilket har gett upphov till ett brett intresse och accelererat kommersialiseringen.
Utmaningar och väg till kommersialisering
Perovskitceller står inför utmaningar relaterade till stabilitet och tillverkningsprocesser, vilka måste lösas för att uppnå storskalig produktion. Nuvarande pilotproduktionslinjer är fortfarande i testfasen. De främsta hindren inkluderar förbättring av stabilitet och omvandlingseffektivitet genom bättre material och processer. Viktiga innovationer, såsom fukt- och gasbeständiga material, tillsatser för att förbättra stabiliteten, passiveringsskikt och avancerad utrustning, är avgörande för att övervinna dessa hinder. Genombrott inom dessa områden kommer att driva på industrins implementering, där distribuerad PV och konsumentprodukter sannolikt kommer att fungera som initiala tillämpningsscenarier.
Tandemceller: En nyckel till att frigöra effektivitet
Jämfört med celler med en enda övergång erbjuder tandemkonfigurationer högre effektivitet. Bland dessa går kisel-perovskit-tandemceller med fyra terminaler snabbare mot kommersialisering på grund av deras enklare struktur och effektivitetshöjande fördelar för kristallina kiselceller. Tvåterminala tandemceller, även om de är mer komplexa, effektiviserar cellstrukturen och är bättre lämpade för parning med HJT-teknik. Helperovskit-tandemceller representerar den ultimata lösningen och erbjuder ännu högre effektivitet och lägre kostnader.
Konkurrens och samarbete
Pionjärer inom amorf kisel, såsom GCL Optoelectronics, Xinnano och Microquanta, har lett utvecklingen av perovskiter och siktar på att komma in i PV-industrin genom denna nya teknik. Samtidigt har traditionella företag inom kristallin kisel kommit in i tävlingen något senare och fokuserat på tandemtekniker för att förbättra effektiviteten hos befintliga kristallina kiselceller.
Företag som tillverkar amorfa kisel står inför ekonomiska begränsningar och kan komma att påskynda utvecklingen av fyrterminala tandemceller för att säkerställa snabbare avkastning. Omvänt kommer företag som tillverkar kristallina kisel sannolikt att förvärva innovativa perovskitföretag för att integrera deras framsteg, vilket leder till branschkonsolidering.
Trots konkurrensen har företag som tillverkar kristallint och amorft kisel ett gemensamt mål: att främja industrialiseringen av perovskitteknik. Samarbetet förväntas dominera inom kort, eftersom båda sidor arbetar för att förverkliga den fulla potentialen hos perovskittillämpningar inom solcellssektorn.
