Các tế bào quang điện đã trải qua ba thế hệ phát triển công nghệ:
Thế hệ đầu tiên: Công nghệ silicon tinh thể
Công nghệ này dựa trên silicon làm vật liệu lõi, tích hợp các công nghệ như BSF, PERC, TOPCon, HJT và IBC.
Thế hệ thứ hai: Công nghệ màng mỏng
Được cấu tạo từ các vật liệu như Đồng Indium Gallium Selenide (CIGS), Cadmium Telluride (CdTe) và Gallium Arsenide (GaAs), các tế bào quang điện màng mỏng gặp khó khăn trong việc cạnh tranh với silicon tinh thể do hiệu suất thấp hơn và chi phí cao (hơn 2 tỷ đô la Mỹ cho mỗi GW đầu tư). Hiện tại, thị phần của chúng chỉ dưới 5%.
Thế hệ thứ ba: Pin mặt trời Perovskite và hữu cơ
Với sự thống trị của các tế bào quang điện perovskite, thế hệ này đã chứng kiến sự phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây. Đây được coi là một công nghệ đầy hứa hẹn, có thể vượt qua các tế bào silicon tinh thể để trở thành bước đột phá tiếp theo trong lĩnh vực quang điện.
Tiến bộ trong hiệu suất chuyển đổi của pin quang điện
So với silicon tinh thể, pin perovskite mang lại hiệu suất lý thuyết cao hơn và chi phí sản xuất thấp hơn. Pin perovskite đơn lớp và pin perovskite ghép nối có hiệu suất lý thuyết lần lượt là 33% và 45%, vượt qua mức tối đa của silicon tinh thể. Về mặt kinh tế, chi phí dài hạn của các mô-đun perovskite đơn lớp được dự kiến ở mức 0,5–0,6 RMB/W, thấp hơn đáng kể so với silicon tinh thể, biến nó trở thành trọng tâm cho sự phát triển quang điện trong tương lai.
Mặc dù công nghệ pin mặt trời perovskite vẫn đang trong giai đoạn đầu của quá trình công nghiệp hóa, cả các công ty sản xuất silicon tinh thể và silicon vô định hình đều đang tích cực đầu tư vào lĩnh vực này. Nhiều nguồn vốn khác nhau cũng đã tham gia vào thị trường, thúc đẩy sự quan tâm rộng rãi và đẩy nhanh quá trình thương mại hóa.
Những thách thức và con đường thương mại hóa
Pin mặt trời perovskite đang đối mặt với những thách thức liên quan đến độ ổn định và quy trình sản xuất, cần phải được giải quyết để đạt được sản xuất quy mô lớn. Các dây chuyền sản xuất thử nghiệm hiện tại vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm. Những trở ngại chính bao gồm việc cải thiện độ ổn định và hiệu suất chuyển đổi thông qua các vật liệu và quy trình tốt hơn. Những đổi mới quan trọng, chẳng hạn như vật liệu chống ẩm và khí, chất phụ gia để tăng cường độ ổn định, lớp thụ động hóa và thiết bị tiên tiến, là rất cần thiết để vượt qua những rào cản này. Những đột phá trong các lĩnh vực này sẽ thúc đẩy việc áp dụng trong ngành, với các sản phẩm quang điện phân tán và sản phẩm dành cho người tiêu dùng có thể là những kịch bản ứng dụng ban đầu.
Pin ghép nối tiếp: Chìa khóa để mở khóa hiệu quả
So với các tế bào đơn lớp, cấu hình ghép nối tiếp (tandem) mang lại hiệu suất cao hơn. Trong số đó, các tế bào ghép nối tiếp bốn cực silicon-perovskite đang tiến nhanh hơn đến thương mại hóa nhờ cấu trúc đơn giản hơn và lợi ích tăng hiệu suất cho các tế bào silicon tinh thể. Các tế bào ghép nối tiếp hai cực, mặc dù phức tạp hơn, nhưng đơn giản hóa cấu trúc tế bào và phù hợp hơn để kết hợp với công nghệ HJT (High-Joseph-Target Transition). Các tế bào ghép nối tiếp hoàn toàn bằng perovskite đại diện cho giải pháp tối ưu, mang lại hiệu suất cao hơn nữa và chi phí thấp hơn.
Cạnh tranh và Hợp tác
Các công ty tiên phong trong lĩnh vực silicon vô định hình, như GCL Optoelectronics, Xinnano và Microquanta, đã dẫn đầu trong phát triển perovskite, hướng tới mục tiêu thâm nhập ngành công nghiệp quang điện thông qua công nghệ mới này. Trong khi đó, các công ty silicon tinh thể truyền thống tham gia cuộc đua muộn hơn một chút, tập trung vào các công nghệ ghép nối để nâng cao hiệu quả của các tế bào silicon tinh thể hiện có.
Các công ty sản xuất silicon vô định hình đang đối mặt với những hạn chế về tài chính và có thể đẩy nhanh quá trình phát triển các tế bào tandem bốn cực để đảm bảo thu hồi vốn nhanh hơn. Ngược lại, các công ty sản xuất silicon tinh thể có khả năng sẽ theo đuổi việc mua lại các công ty perovskite tiên tiến để tích hợp những tiến bộ của họ, dẫn đến sự hợp nhất ngành.
Mặc dù cạnh tranh gay gắt, các công ty sản xuất silicon tinh thể và silicon vô định hình đều có chung mục tiêu: thúc đẩy công nghiệp hóa công nghệ perovskite. Dự kiến các nỗ lực hợp tác sẽ chiếm ưu thế trong thời gian tới, khi cả hai bên cùng hướng tới việc hiện thực hóa toàn bộ tiềm năng ứng dụng của perovskite trong lĩnh vực quang điện.
