Las células fotovoltaicas han experimentado tres generaciones de desarrollo tecnológico:
Primera generación: Tecnología de silicio cristalino
Este sistema se basa en el silicio como material principal e incorpora tecnologías como BSF, PERC, TOPCon, HJT e IBC.
Segunda generación: tecnología de película delgada
Las células de película delgada, representadas por materiales como el seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS), el telururo de cadmio (CdTe) y el arseniuro de galio (GaAs), han tenido dificultades para competir con el silicio cristalino debido a su menor eficiencia y altos costos (más de 2 mil millones de dólares por GW de inversión). Actualmente, su cuota de mercado es inferior al 5 %.
Tercera generación: células solares de perovskita y orgánicas
Dominada por las células solares de perovskita, esta generación ha experimentado un rápido desarrollo en los últimos años. Se considera una tecnología prometedora que podría superar a las células de silicio cristalino como el próximo gran avance en energía fotovoltaica.
Avances en la eficiencia de conversión de células fotovoltaicas
En comparación con el silicio cristalino, las células de perovskita ofrecen una mayor eficiencia teórica y menores costos de producción. Las células de perovskita de unión simple y en tándem alcanzan eficiencias teóricas del 33 % y el 45 %, respectivamente, superando el límite del silicio cristalino. Económicamente, el costo a largo plazo de los módulos de perovskita de unión simple se estima en 0,5–0,6 RMB/W, significativamente inferior al del silicio cristalino, lo que lo convierte en un objetivo clave para el desarrollo fotovoltaico futuro.
Si bien las células de perovskita aún se encuentran en las primeras etapas de industrialización, tanto las empresas de silicio cristalino como las de silicio amorfo están invirtiendo activamente en este sector. Diversas fuentes de capital también han ingresado al mercado, lo que ha impulsado un gran interés y acelerado la comercialización.
Desafíos y camino hacia la comercialización
Las células de perovskita presentan desafíos relacionados con la estabilidad y los procesos de fabricación, que deben resolverse para lograr la producción a gran escala. Las líneas de producción piloto actuales aún se encuentran en fase de prueba. Los principales obstáculos incluyen la mejora de la estabilidad y la eficiencia de conversión mediante mejores materiales y procesos. Innovaciones clave, como materiales resistentes a la humedad y a los gases, aditivos para mejorar la estabilidad, capas de pasivación y equipos avanzados, son esenciales para superar estas barreras. Los avances en estas áreas impulsarán la adopción por parte de la industria, siendo los sistemas fotovoltaicos distribuidos y los productos para el consumidor los escenarios de aplicación iniciales más probables.
Celdas en tándem: una clave para desbloquear la eficiencia
En comparación con las celdas de unión simple, las configuraciones en tándem ofrecen mayor eficiencia. Entre ellas, las celdas en tándem de cuatro terminales de silicio-perovskita avanzan más rápidamente hacia la comercialización debido a su estructura más simple y a las ventajas que ofrecen para aumentar la eficiencia de las celdas de silicio cristalino. Las celdas en tándem de dos terminales, si bien son más complejas, simplifican la estructura y se adaptan mejor a la tecnología HJT. Las celdas en tándem de perovskita completa representan la solución definitiva, ya que ofrecen una eficiencia aún mayor y menores costos.
Competencia y colaboración
Empresas pioneras en silicio amorfo, como GCL Optoelectronics, Xinnano y Microquanta, han liderado el desarrollo de la perovskita, con el objetivo de ingresar a la industria fotovoltaica mediante esta nueva tecnología. Mientras tanto, las empresas tradicionales de silicio cristalino se han sumado a la competencia un poco más tarde, centrándose en tecnologías en tándem para mejorar la eficiencia de las células de silicio cristalino existentes.
Las empresas de silicio amorfo se enfrentan a limitaciones financieras y podrían acelerar el desarrollo de células tándem de cuatro terminales para asegurar una mayor rentabilidad. Por el contrario, es probable que las empresas de silicio cristalino busquen adquirir empresas innovadoras de perovskita para integrar sus avances, lo que conducirá a la consolidación del sector.
A pesar de la competencia, las empresas de silicio cristalino y amorfo comparten un objetivo común: impulsar la industrialización de la tecnología de perovskita. Se prevé que la colaboración sea clave a corto plazo, ya que ambas partes trabajan para aprovechar al máximo el potencial de las aplicaciones de perovskita en el sector fotovoltaico.
