Фотоелектричні елементи пройшли три покоління технологічного розвитку:
Перше покоління: технологія кристалічного кремнію
Він базується на кремнії як основному матеріалі та виготовлений за такими технологіями, як BSF, PERC, TOPCon, HJT та IBC.
Друге покоління: технологія тонких плівок
Тонкоплівкові елементи, представлені такими матеріалами, як селенід міді-індію-галію (CIGS), телурид кадмію (CdTe) та арсенід галію (GaAs), ледве конкурують з кристалічним кремнієм через нижчу ефективність та високу вартість (понад 2 мільярди доларів на ГВт інвестицій). Наразі їхня частка ринку становить менше 5%.
Третє покоління: перовскітні та органічні сонячні елементи
Це покоління сонячних елементів, в якому домінують перовскітні, зазнало швидкого розвитку в останні роки. Його вважають перспективною технологією, яка може перевершити кристалічні кремнієві елементи як наступний прорив у фотоелектричній енергетиці.
Прогрес у підвищенні ефективності перетворення фотоелектричних елементів
Порівняно з кристалічним кремнієм, перовскітні елементи пропонують вищу теоретичну ефективність та нижчі виробничі витрати. Одноперехідні та тандемні перовскітні елементи мають теоретичну ефективність 33% та 45% відповідно, що перевищує граничну вартість для кристалічного кремнію. З економічної точки зору, довгострокова вартість одноперехідних перовскітних модулів прогнозується на рівні 0,5–0,6 RMB/Вт, що значно нижче, ніж у кристалічного кремнію, що робить їх ключовим напрямком для майбутнього розвитку фотоелектричної енергетики.
Хоча перовскітні елементи перебувають на ранніх стадіях індустріалізації, компанії, що виробляють як кристалічний, так і аморфний кремній, активно інвестують у цей сектор. На ринок також вийшли різні джерела капіталу, що підживлює широкий інтерес і прискорює комерціалізацію.
Виклики та шлях до комерціалізації
Перовскітні елементи стикаються з проблемами, пов'язаними зі стабільністю та виробничими процесами, які необхідно вирішити для досягнення великомасштабного виробництва. Поточні пілотні виробничі лінії все ще перебувають на стадії випробувань. Основні перешкоди включають покращення стабільності та ефективності перетворення за рахунок кращих матеріалів та процесів. Ключові інновації, такі як волого- та газостійкі матеріали, добавки для підвищення стабільності, пасиваційні шари та сучасне обладнання, є важливими для подолання цих бар'єрів. Прориви в цих галузях сприятимуть впровадженню в промисловості, причому розподілені фотоелектричні системи та продукти споживчого класу, ймовірно, стануть першими сценаріями застосування.
Тандемні комірки: ключ до підвищення ефективності
Порівняно з одноперехідними елементами, тандемні конфігурації пропонують вищу ефективність. Серед них кремній-перовскітні чотиритермінальні тандемні елементи швидше просуваються до комерціалізації завдяки своїй простішій структурі та перевагам підвищення ефективності для кристалічних кремнієвих елементів. Двотермінальні тандемні елементи, хоча й складніші, оптимізують структуру елемента та краще підходять для поєднання з технологією високоточного транзисторного транзистора (HJT). Повністю перовскітні тандемні елементи є найкращим рішенням, що пропонує ще вищу ефективність та нижчі витрати.
Конкуренція та співпраця
Піонери аморфного кремнію, такі як GCL Optoelectronics, Xinnano та Microquanta, очолили розробку перовскіту, прагнучи вийти на ринок фотоелектричної енергії за допомогою цієї нової технології. Тим часом традиційні компанії з виробництва кристалічного кремнію вступили в цю гонку трохи пізніше, зосередившись на тандемних технологіях для підвищення ефективності існуючих кристалічних кремнієвих елементів.
Компанії, що виробляють аморфний кремній, стикаються з фінансовими обмеженнями та можуть прискорити розробку чотириполюсних тандемних комірок, щоб забезпечити швидшу окупність. І навпаки, компанії, що виробляють кристалічний кремній, ймовірно, прагнутимуть придбань інноваційних перовскітних фірм, щоб інтегрувати свої досягнення, що призведе до консолідації галузі.
Незважаючи на конкуренцію, компанії, що виробляють кристалічний та аморфний кремній, мають спільну мету: просування індустріалізації перовскітної технології. Очікується, що найближчим часом домінуватимуть спільні зусилля, оскільки обидві сторони працюють над реалізацією повного потенціалу застосування перовскіту у фотоелектричному секторі.
