As células fotovoltaicas passaram por três gerações de desenvolvimento tecnológico:
Primeira geração: Tecnologia de silício cristalino
Este dispositivo é baseado em silício como material principal, apresentando tecnologias como BSF, PERC, TOPCon, HJT e IBC.
Segunda geração: Tecnologia de película fina
Representadas por materiais como seleneto de cobre, índio e gálio (CIGS), telureto de cádmio (CdTe) e arseneto de gálio (GaAs), as células de película fina têm tido dificuldades para competir com o silício cristalino devido à menor eficiência e aos altos custos (mais de US$ 2 bilhões por GW de investimento). Atualmente, sua participação de mercado é inferior a 5%.
Terceira geração: células solares de perovskita e orgânicas
Dominada por células solares de perovskita, essa geração tem apresentado rápido desenvolvimento nos últimos anos. É considerada uma tecnologia promissora que pode superar as células de silício cristalino como o próximo grande avanço na área da energia fotovoltaica.
Progresso na eficiência de conversão de células fotovoltaicas
Em comparação com o silício cristalino, as células de perovskita oferecem maior eficiência teórica e menores custos de produção. As células de perovskita de junção única e em tandem apresentam eficiências teóricas de 33% e 45%, respectivamente, superando o limite máximo do silício cristalino. Economicamente, o custo a longo prazo dos módulos de perovskita de junção única é projetado em 0,5–0,6 RMB/W, significativamente menor do que o do silício cristalino, tornando-o um ponto focal para o futuro desenvolvimento da energia fotovoltaica.
Embora as células de perovskita ainda estejam nos estágios iniciais de industrialização, tanto empresas de silício cristalino quanto amorfo estão investindo ativamente nesse setor. Diversas fontes de capital também entraram no mercado, alimentando o interesse generalizado e acelerando a comercialização.
Desafios e Caminho para a Comercialização
As células de perovskita enfrentam desafios relacionados à estabilidade e aos processos de fabricação, que precisam ser resolvidos para que a produção em larga escala seja viável. As atuais linhas de produção piloto ainda estão em fase de testes. Os principais obstáculos incluem a melhoria da estabilidade e da eficiência de conversão por meio de melhores materiais e processos. Inovações importantes, como materiais resistentes à umidade e a gases, aditivos para aumentar a estabilidade, camadas de passivação e equipamentos avançados, são essenciais para superar essas barreiras. Avanços nessas áreas impulsionarão a adoção pela indústria, com a geração distribuída de energia fotovoltaica e produtos de consumo provavelmente servindo como cenários iniciais de aplicação.
Células em tandem: a chave para desbloquear a eficiência
Em comparação com células de junção única, as configurações em tandem oferecem maior eficiência. Entre elas, as células em tandem de silício-perovskita com quatro terminais estão avançando mais rapidamente rumo à comercialização devido à sua estrutura mais simples e aos benefícios de aumento de eficiência para células de silício cristalino. As células em tandem com dois terminais, embora mais complexas, simplificam a estrutura da célula e são mais adequadas para combinação com a tecnologia HJT. As células em tandem de perovskita completa representam a solução definitiva, oferecendo eficiência ainda maior e custos mais baixos.
Competição e Colaboração
Pioneiras do silício amorfo, como a GCL Optoelectronics, a Xinnano e a Microquanta, lideraram o desenvolvimento da perovskita, visando ingressar na indústria fotovoltaica por meio dessa nova tecnologia. Enquanto isso, empresas tradicionais de silício cristalino entraram na corrida um pouco mais tarde, concentrando-se em tecnologias tandem para aumentar a eficiência das células de silício cristalino existentes.
As empresas de silício amorfo enfrentam restrições financeiras e podem acelerar o desenvolvimento de células tandem de quatro terminais para garantir retornos mais rápidos. Por outro lado, as empresas de silício cristalino provavelmente buscarão aquisições de empresas inovadoras de perovskita para integrar seus avanços, levando à consolidação do setor.
Apesar da concorrência, as empresas de silício cristalino e amorfo compartilham um objetivo comum: impulsionar a industrialização da tecnologia perovskita. Espera-se que os esforços colaborativos dominem o curto prazo, à medida que ambos os lados trabalham para concretizar todo o potencial das aplicações da perovskita no setor fotovoltaico.
