لقد مرت الخلايا الكهروضوئية بثلاثة أجيال من التطور التكنولوجي:
الجيل الأول: تقنية السيليكون البلوري
يعتمد هذا على السيليكون كمادة أساسية، ويتميز بتقنيات مثل BSF و PERC و TOPCon و HJT و IBC.
الجيل الثاني: تقنية الأغشية الرقيقة
تُصنع الخلايا الرقيقة من مواد مثل سيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم (CIGS) وتيلوريد الكادميوم (CdTe) وأرسينيد الغاليوم (GaAs)، وقد واجهت صعوبة في منافسة السيليكون البلوري نظرًا لانخفاض كفاءتها وارتفاع تكلفتها (أكثر من ملياري دولار لكل جيجاواط من الاستثمار). وحاليًا، لا تتجاوز حصتها السوقية 5%.
الجيل الثالث: خلايا شمسية من البيروفسكايت والخلايا الشمسية العضوية
شهد هذا الجيل، الذي تهيمن عليه خلايا البيروفسكايت الشمسية، تطوراً سريعاً في السنوات الأخيرة. ويُعتبر تقنية واعدة قد تتجاوز خلايا السيليكون البلورية كإنجازٍ هام في مجال الخلايا الكهروضوئية.
التقدم في كفاءة تحويل الخلايا الكهروضوئية
بالمقارنة مع السيليكون البلوري، توفر خلايا البيروفسكايت كفاءة نظرية أعلى وتكاليف إنتاج أقل. تتمتع خلايا البيروفسكايت أحادية الوصلة وخلايا البيروفسكايت الترادفية بكفاءة نظرية تبلغ 33% و45% على التوالي، متجاوزةً بذلك الحد الأقصى للسيليكون البلوري. من الناحية الاقتصادية، يُتوقع أن تتراوح التكلفة طويلة الأجل لوحدات البيروفسكايت أحادية الوصلة بين 0.5 و0.6 يوان صيني/واط، وهي أقل بكثير من تكلفة السيليكون البلوري، مما يجعلها خيارًا محوريًا لتطوير الطاقة الكهروضوئية في المستقبل.
رغم أن خلايا البيروفسكايت لا تزال في المراحل الأولى من التصنيع، فإن شركات السيليكون البلوري وغير البلوري تستثمر بنشاط في هذا القطاع. كما دخلت مصادر تمويل متنوعة إلى السوق، مما أدى إلى زيادة الاهتمام على نطاق واسع وتسريع عملية التسويق.
التحديات ومسار التسويق
تواجه خلايا البيروفسكايت تحديات تتعلق بالاستقرار وعمليات التصنيع، والتي يجب حلها لتحقيق الإنتاج على نطاق واسع. لا تزال خطوط الإنتاج التجريبية الحالية في مرحلة الاختبار. تشمل العقبات الرئيسية تحسين الاستقرار وكفاءة التحويل من خلال مواد وعمليات أفضل. تُعد الابتكارات الرئيسية، مثل المواد المقاومة للرطوبة والغازات، والمواد المضافة لتعزيز الاستقرار، وطبقات التخميل، والمعدات المتطورة، ضرورية لتجاوز هذه العقبات. ستدفع الإنجازات في هذه المجالات الصناعة إلى تبني هذه التقنية، ومن المرجح أن تكون أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الموزعة والمنتجات الاستهلاكية بمثابة سيناريوهات التطبيق الأولية.
الخلايا المزدوجة: مفتاح لرفع الكفاءة
بالمقارنة مع الخلايا أحادية الوصلة، توفر التكوينات الترادفية كفاءة أعلى. ومن بين هذه التكوينات، تتقدم خلايا السيليكون-بيروفسكايت الترادفية رباعية الأطراف بخطى أسرع نحو التسويق التجاري نظرًا لبنيتها الأبسط ومزاياها في تعزيز كفاءة خلايا السيليكون البلوري. أما الخلايا الترادفية ثنائية الأطراف، فرغم تعقيدها، إلا أنها تُبسط بنية الخلية وتُعدّ أنسب للدمج مع تقنية الترانزستورات غير المتجانسة. وتمثل خلايا البيروفسكايت الكاملة الترادفية الحل الأمثل، إذ توفر كفاءة أعلى وتكاليف أقل.
المنافسة والتعاون
قاد رواد السيليكون غير المتبلور، مثل شركات GCL Optoelectronics وXinnano وMicroquanta، مسيرة تطوير البيروفسكايت، ساعين إلى دخول صناعة الخلايا الكهروضوئية عبر هذه التقنية الجديدة. في المقابل، دخلت شركات السيليكون البلوري التقليدية هذا المجال لاحقاً، مركزةً على تقنيات الخلايا المزدوجة لتعزيز كفاءة خلايا السيليكون البلوري الحالية.
تواجه شركات السيليكون غير المتبلور قيودًا مالية، وقد تُسرّع من تطوير الخلايا الترادفية رباعية الأطراف لضمان عوائد أسرع. في المقابل، من المرجح أن تسعى شركات السيليكون المتبلور إلى الاستحواذ على شركات البيروفسكايت المبتكرة لدمج ابتكاراتها، مما يؤدي إلى توحيد الصناعة.
على الرغم من التنافس بينهما، تشترك شركات السيليكون البلوري وغير البلوري في هدف واحد: تطوير تقنية البيروفسكايت على نطاق صناعي. ومن المتوقع أن تهيمن الجهود التعاونية على المدى القريب، حيث يسعى كلا الجانبين إلى تحقيق الإمكانات الكاملة لتطبيقات البيروفسكايت في قطاع الخلايا الكهروضوئية.
