Le celle fotovoltaiche hanno attraversato tre generazioni di sviluppo tecnologico:
Prima generazione: tecnologia al silicio cristallino
Si basa sul silicio come materiale principale e incorpora tecnologie quali BSF, PERC, TOPCon, HJT e IBC.
Seconda generazione: tecnologia a film sottile
Le celle a film sottile, rappresentate da materiali come il seleniuro di rame, indio e gallio (CIGS), il tellururo di cadmio (CdTe) e l'arseniuro di gallio (GaAs), hanno faticato a competere con il silicio cristallino a causa della minore efficienza e degli elevati costi (oltre 2 miliardi di dollari per GW di investimento). Attualmente, la loro quota di mercato è inferiore al 5%.
Terza generazione: celle solari a perovskite e organiche
Dominata dalle celle solari a perovskite, questa generazione ha visto un rapido sviluppo negli ultimi anni. È considerata una tecnologia promettente che potrebbe superare le celle al silicio cristallino come prossima svolta nel settore fotovoltaico.
Progressi nell'efficienza di conversione delle celle fotovoltaiche
Rispetto al silicio cristallino, le celle a perovskite offrono un'efficienza teorica superiore e costi di produzione inferiori. Le celle a perovskite a giunzione singola e tandem presentano efficienze teoriche rispettivamente del 33% e del 45%, superando il limite massimo del silicio cristallino. Dal punto di vista economico, il costo a lungo termine dei moduli a perovskite a giunzione singola è stimato tra 0,5 e 0,6 RMB/W, significativamente inferiore a quello del silicio cristallino, il che li rende un punto focale per lo sviluppo futuro del fotovoltaico.
Sebbene le celle a perovskite siano ancora nelle prime fasi di industrializzazione, le aziende produttrici di silicio cristallino e amorfo stanno investendo attivamente in questo settore. Diverse fonti di capitale sono inoltre entrate nel mercato, alimentando un interesse diffuso e accelerando la commercializzazione.
Sfide e percorso verso la commercializzazione
Le celle a perovskite presentano problematiche legate alla stabilità e ai processi produttivi, che devono essere risolte per raggiungere una produzione su larga scala. Le attuali linee di produzione pilota sono ancora in fase di sperimentazione. Gli ostacoli principali consistono nel migliorare la stabilità e l'efficienza di conversione attraverso materiali e processi più efficienti. Innovazioni chiave, come materiali resistenti all'umidità e ai gas, additivi per migliorare la stabilità, strati di passivazione e apparecchiature avanzate, sono essenziali per superare queste barriere. Le scoperte in questi ambiti guideranno l'adozione da parte dell'industria, con il fotovoltaico distribuito e i prodotti per il mercato consumer che probabilmente rappresenteranno i primi scenari applicativi.
Celle tandem: la chiave per sbloccare l'efficienza
Rispetto alle celle a giunzione singola, le configurazioni tandem offrono un'efficienza superiore. Tra queste, le celle tandem a quattro terminali silicio-perovskite si stanno avvicinando più rapidamente alla commercializzazione grazie alla loro struttura più semplice e ai vantaggi in termini di efficienza che offrono alle celle in silicio cristallino. Le celle tandem a due terminali, pur essendo più complesse, semplificano la struttura della cella e sono più adatte all'abbinamento con la tecnologia HJT. Le celle tandem interamente in perovskite rappresentano la soluzione definitiva, offrendo un'efficienza ancora maggiore e costi inferiori.
Competizione e collaborazione
Pionieri del silicio amorfo, come GCL Optoelectronics, Xinnano e Microquanta, hanno guidato lo sviluppo delle perovskiti, puntando a entrare nel settore fotovoltaico attraverso questa nuova tecnologia. Nel frattempo, le aziende tradizionali del silicio cristallino sono entrate in gioco leggermente più tardi, concentrandosi sulle tecnologie tandem per migliorare l'efficienza delle celle di silicio cristallino esistenti.
Le aziende produttrici di silicio amorfo si trovano ad affrontare vincoli finanziari e potrebbero accelerare lo sviluppo di celle tandem a quattro terminali per garantire rendimenti più rapidi. Al contrario, le aziende produttrici di silicio cristallino probabilmente perseguiranno acquisizioni di aziende innovative nel settore delle perovskiti per integrare i loro progressi, portando a un consolidamento del settore.
Nonostante la concorrenza, le aziende produttrici di silicio cristallino e amorfo condividono un obiettivo comune: promuovere l'industrializzazione della tecnologia delle perovskiti. Si prevede che nel breve termine prevarranno le collaborazioni, poiché entrambe le parti lavoreranno per realizzare appieno il potenziale delle applicazioni delle perovskiti nel settore fotovoltaico.
