การปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์เรียงซ้อนซิลิคอน-แคลไซต์ผลึกสามารถลดต้นทุนของโมดูลโซลาร์เซลล์ได้

โมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ (PV) ส่วนใหญ่ที่ผลิตในปัจจุบันนั้นใช้เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนแบบรอยต่อเดี่ยวเป็นหลัก และโดยการจับคู่ซิลิคอนกับวัสดุเซลล์แสงอาทิตย์อื่น (เช่น โลหะเฮไลด์) เพื่อสร้างชั้นของแคลโคเจนไนด์ (MHPs) ผู้ผลิตสามารถสร้างโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์ที่สามารถแปลงแสงแดดเป็นไฟฟ้าได้มากกว่าซิลิคอนเพียงอย่างเดียว เทคโนโลยีการซ้อนชั้นนี้ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น และกำลังมีการค้นหาทางเลือกต่างๆ เพื่อบูรณาการ MHPs โดยยังมีสิ่งที่ไม่ทราบอีกมากมายในแง่ของต้นทุนและประสิทธิภาพ เพื่อแก้ไขช่องว่างนี้ นักวิจัยได้สร้างแบบจำลองต้นทุนการผลิตที่จะใช้อุปกรณ์ที่มีอยู่และกระบวนการในห้องปฏิบัติการของห่วงโซ่อุปทานเพื่อเปรียบเทียบแนวทางต่างๆ ที่เป็นไปได้ในระดับอุตสาหกรรม

นักวิจัยได้ตรวจสอบวิธีการต่างๆ ในการสร้างโมดูลแบบเรียงซ้อน และเปรียบเทียบความไวของต้นทุนการผลิตต่อวัสดุที่ใช้ในการผลิต จำนวนชั้นของอุปกรณ์ ต้นทุนการผลิตอุปกรณ์ ที่ตั้งของโรงงาน และปัจจัยอื่นๆ พวกเขาพบว่าปัจจัยที่มีผลกระทบมากที่สุดต่อต้นทุนการผลิตคือ อัตราการผลิตของโรงงานและประสิทธิภาพของโมดูล

“หนึ่งในคำถามที่งานวิจัยชิ้นนี้ตอบได้คือ ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นนี้มีค่าแค่ไหน?” เจคอบ คอร์เดลล์ ผู้เขียนหลักของงานวิจัยเรื่อง “การวิเคราะห์ทางเทคนิคและเศรษฐกิจของแผงโซลาร์เซลล์แบบแทนเดมเพอร์รอฟสไกต์/ซิลิคอน” ซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Joule กล่าว “ข้อสรุปที่สำคัญคือ ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น 2.5% ในแผงโซลาร์เซลล์นั้น ช่วยลดต้นทุนต่อหน่วยกำลังการผลิตได้เท่ากับการเพิ่มขนาดของโรงไฟฟ้าเป็นสองเท่า”

ด้วยการใช้แบบจำลองการวิเคราะห์ต้นทุนโดยละเอียด (DCAM) ที่เปิดเผยต่อสาธารณะแล้ว นักวิจัยสามารถทดสอบสถานการณ์ต่างๆ ได้มากมาย รวมถึงการตั้งโรงงานในส่วนต่างๆ ของโลก และสิ่งจูงใจในการผลิตประเภทต่างๆ โดยใช้แบบจำลองนี้ บริษัทและนักวิจัยสามารถใช้เป็นข้อมูลพื้นฐานเพื่อตรวจสอบว่ากระบวนการและวัสดุที่แตกต่างกันส่งผลต่อต้นทุนอย่างไร อย่างไรก็ตาม แบบจำลองนี้ไม่ได้กล่าวถึงประสิทธิภาพด้านพลังงานหรืออายุการใช้งานของโมดูลเหล่านี้ ซึ่งเป็นหัวข้อการวิจัยที่กำลังดำเนินอยู่

โดยเริ่มจากแบบจำลองพื้นฐานของผู้ผลิตโมดูลที่มีประสิทธิภาพ 25 เปอร์เซ็นต์ และกำลังการผลิตต่อปี 3 กิกะวัตต์ในสหรัฐอเมริกา นักวิจัยได้เปรียบเทียบประสิทธิภาพและผลผลิตในการผลิตเพื่อพิจารณาว่าต้นทุนของโมดูลเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อปริมาณพลังงานที่ผลิตได้เพิ่มขึ้น “นี่แสดงให้เห็นถึงพลังของการวิจัยในการปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์และลดต้นทุนต่อวัตต์ของโมดูล” คอร์เดลล์กล่าว

บทความในวารสารซึ่งเขียนโดยไมเคิล วู้ดเฮาส์และเอมิลี่ วอร์เรน ระบุว่าประสิทธิภาพของโมดูลเป็นตัวแปรที่เปลี่ยนแปลงได้ในการคาดการณ์ต้นทุนของโมดูลแบบเรียงซ้อน เนื่องจากตัวแปรอื่นๆ อีกมากมายได้เปลี่ยนแปลงไปและจะยังคงเปลี่ยนแปลงต่อไปเพื่อให้ได้ระดับประสิทธิภาพและความทนทานที่จำเป็นสำหรับระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่สามารถนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ได้ โมดูลแบบเรียงซ้อนต้องมีประสิทธิภาพอย่างน้อย 25% จึงจะสามารถแข่งขันด้านราคาและใช้งานร่วมกับเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์อื่นๆ ได้ ขั้นตอนต่อไปในการนำโมดูลแบบเรียงซ้อนแคลโคเจนิก/ซิลิคอนไปใช้ในเชิงพาณิชย์คือการปรับปรุงความน่าเชื่อถือของเทคโนโลยีและขยายพื้นที่ของอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพให้มีขนาดเท่ากับโมดูลเต็มรูปแบบในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพไว้