يُسهم تحسين كفاءة الوحدات الشمسية وتوسيع الطاقة الإنتاجية في خفض تكلفة وحدات الطاقة الشمسية المكدسة من هاليدات المعادن/الكالكوجينيدات/السيليكون. وقد أشار باحثون من المختبر الوطني للطاقة المتجددة التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (NREL) إلى أن كل عامل من عوامل خفض التكلفة يمكن أن يؤدي دورًا مماثلًا، وذلك بحسب قدرة الشركة المصنعة على توسيع وتحسين أداء الوحدة.
تعتمد معظم وحدات الخلايا الكهروضوئية المصنعة اليوم على خلايا شمسية سيليكونية أحادية الوصلة، ومن خلال دمج السيليكون مع مادة أخرى للخلايا الشمسية (مثل هاليد معدني) لتشكيل طبقة من الكالكوجينيدات، يمكن للمصنعين إنتاج وحدات شمسية. يُمكن لهذه التقنية تحويل كمية أكبر من ضوء الشمس إلى كهرباء مقارنةً بالسيليكون وحده. لا تزال تقنية التجميع هذه في مراحلها الأولى، وهناك خيارات متعددة قيد البحث لدمج الكالكوجينيدات، مع وجود العديد من الجوانب غير المعروفة فيما يتعلق بالتكلفة والأداء. لسد هذه الفجوة، قام الباحثون بإنشاء نموذج لتكلفة التصنيع يستخدم الأجهزة الحالية وعمليات سلسلة التوريد المختبرية لمقارنة مختلف الأساليب الممكنة على نطاق واسع.
درس الباحثون مناهج مختلفة لبناء وحدات متراصة، وقارنوا مدى تأثر تكاليف التصنيع بالمواد المستخدمة في تصنيعها، وعدد طبقات الأجهزة، وتكلفة إنتاج الأجهزة، وموقع المصنع، وعوامل أخرى. وخلصوا إلى أن أكثر العوامل تأثيراً على تكاليف التصنيع هي إنتاجية المصنع وكفاءة الوحدة.
قال جاكوب كورديل، المؤلف الرئيسي للورقة البحثية "التحليل التقني والاقتصادي للوحدات الشمسية الترادفية من البيروفسكايت/السيليكون"، المنشورة في مجلة جول: "أحد الأسئلة التي تجيب عنها هذه الورقة هو: ما قيمة هذه الكفاءة؟". وأضاف: "من أهم النتائج أن الزيادة المطلقة في كفاءة الوحدات بنسبة 2.5% توفر نفس خفض التكلفة لكل وحدة طاقة كما لو ضاعفنا حجم المحطة".
باستخدام نموذج تحليل التكاليف التفصيلي (DCAM) المتاح الآن للعموم، تمكن الباحثون من اختبار سيناريوهات متنوعة، بما في ذلك تحديد مواقع المصانع في مناطق مختلفة من العالم وأنواع مختلفة من حوافز التصنيع. وباستخدام هذا النموذج، يمكن للشركات والباحثين الاستناد إليه لدراسة كيفية تأثير العمليات والمواد المختلفة على التكاليف. ولا يتناول النموذج إنتاجية الطاقة أو العمر الافتراضي لهذه الوحدات، وهما مجالان بحثيان نشطان.
انطلاقًا من نموذج أساسي لشركة تصنيع تنتج وحدات بكفاءة 25%، وبطاقة إنتاجية سنوية تبلغ 3 جيجاوات في الولايات المتحدة، قارن الباحثون الكفاءة وإنتاجية التصنيع لتحديد كيفية تغير تكلفة الوحدات مع زيادة كمية الطاقة المولدة. وقال كورديل: "هذا يُظهر قوة البحث في تحسين كفاءة الأجهزة وخفض تكلفة الواط الواحد من الوحدات".
تشير المقالة المنشورة في المجلة، والتي كتبها مايكل وودهاوس وإيميلي وارين، إلى أن كفاءة الوحدات الشمسية المتراصة تُعدّ عاملاً متغيراً في التنبؤ بتكلفة هذه الوحدات، نظراً لتغير العديد من المتغيرات الأخرى، واستمرار تغيرها، لتحقيق مستويات الكفاءة والمتانة المطلوبة لتطبيقات الطاقة الشمسية الكهروضوئية التجارية. يجب ألا تقل كفاءة الوحدات المتراصة عن 25% لتكون قادرة على المنافسة السعرية، وليتم استخدامها مع تقنيات الطاقة الشمسية الأخرى. وتتمثل الخطوة التالية في تسويق الوحدات المتراصة المصنوعة من الكالكوجينيد/السيليكون في تحسين موثوقية هذه التقنية، وتوسيع نطاق الأجهزة عالية الكفاءة لتشمل حجم الوحدة الكامل مع الحفاظ على الأداء.
