Фотоэлектрические элементы прошли три поколения технологического развития:
Первое поколение: технология кристаллического кремния
В основе этой технологии лежит кремний в качестве основного материала, а также используются такие технологии, как BSF, PERC, TOPCon, HJT и IBC.
Второе поколение: тонкопленочная технология
Тонкопленочные элементы, представленные такими материалами, как селенид меди-индия-галлия (CIGS), теллурид кадмия (CdTe) и арсенид галлия (GaAs), с трудом конкурируют с кристаллическим кремнием из-за более низкой эффективности и высокой стоимости (более 2 миллиардов долларов США на ГВт инвестиций). В настоящее время их рыночная доля составляет менее 5%.
Третье поколение: перовскитные и органические солнечные элементы
В этом поколении, где доминируют перовскитные солнечные элементы, в последние годы наблюдается стремительное развитие. Оно считается перспективной технологией, которая может превзойти кристаллические кремниевые элементы и стать следующим прорывом в фотовольтаике.
Прогресс в повышении эффективности преобразования фотоэлектрических элементов
По сравнению с кристаллическим кремнием, перовскитные ячейки обладают более высокой теоретической эффективностью и более низкими производственными затратами. Теоретическая эффективность однопереходных и тандемных перовскитных ячеек составляет 33% и 45% соответственно, что превышает предел для кристаллического кремния. С экономической точки зрения, долгосрочная стоимость однопереходных перовскитных модулей прогнозируется на уровне 0,5–0,6 юаней/Вт, что значительно ниже, чем у кристаллического кремния, и делает их перспективным направлением для развития фотовольтаики в будущем.
Хотя перовскитные элементы все еще находятся на ранних стадиях индустриализации, компании, занимающиеся как кристаллическим, так и аморфным кремнием, активно инвестируют в этот сектор. На рынок также вышли различные источники капитала, что подогревает широкий интерес и ускоряет коммерциализацию.
Проблемы и путь к коммерциализации
Перовскитные элементы сталкиваются с проблемами, связанными со стабильностью и производственными процессами, которые необходимо решить для достижения крупномасштабного производства. Существующие пилотные производственные линии все еще находятся на стадии испытаний. Основные препятствия включают в себя повышение стабильности и эффективности преобразования за счет улучшения материалов и процессов. Ключевые инновации, такие как влаго- и газостойкие материалы, добавки для повышения стабильности, пассивирующие слои и современное оборудование, необходимы для преодоления этих барьеров. Прорывы в этих областях будут способствовать внедрению в промышленность, при этом распределенные фотоэлектрические системы и потребительские продукты, вероятно, станут первоначальными сценариями применения.
Тандемные ячейки: ключ к повышению эффективности.
По сравнению с однопереходными ячейками, тандемные конфигурации обеспечивают более высокую эффективность. Среди них четырехконтактные тандемные ячейки на основе кремния и перовскита быстрее продвигаются к коммерциализации благодаря более простой структуре и преимуществам повышения эффективности для ячеек из кристаллического кремния. Двухконтактные тандемные ячейки, хотя и более сложные, упрощают структуру ячейки и лучше подходят для использования с технологией гетеропереходных транзисторов. Полностью перовскитные тандемные ячейки представляют собой оптимальное решение, предлагая еще более высокую эффективность и более низкую стоимость.
Конкуренция и сотрудничество
Такие пионеры в области аморфного кремния, как GCL Optoelectronics, Xinnano и Microquanta, возглавили разработку перовскитов, стремясь выйти на рынок фотоэлектрической энергии с помощью этой новой технологии. В то же время традиционные компании, занимающиеся кристаллическим кремнием, включились в гонку несколько позже, сосредоточившись на тандемных технологиях для повышения эффективности существующих кристаллических кремниевых элементов.
Компании, занимающиеся аморфным кремнием, сталкиваются с финансовыми ограничениями и могут ускорить разработку четырехконтактных тандемных ячеек для обеспечения более быстрой окупаемости. В свою очередь, компании, занимающиеся кристаллическим кремнием, скорее всего, будут стремиться к приобретению инновационных компаний, производящих перовскиты, для интеграции их достижений, что приведет к консолидации отрасли.
Несмотря на конкуренцию, компании, занимающиеся кристаллическим и аморфным кремнием, преследуют общую цель: продвижение индустриализации перовскитной технологии. Ожидается, что в ближайшем будущем будут преобладать совместные усилия, поскольку обе стороны стремятся к реализации полного потенциала применения перовскитов в фотоэлектрическом секторе.
