Fotowoltaika perowskitowa: od wydajności laboratoryjnej do masowej komercjalizacji

Globalne dążenie do dekarbonizacji i wykorzystania energii odnawialnej sprawia, że technologie fotowoltaiczne nowej generacji pozostają w centrum uwagi. Z analizy zawartej w raporcie IDTechEx pt. „Perowskitowe ogniwa fotowoltaiczne 2027–2037: technologie, rynki i trendy”, dzięki wsparciu inicjatyw rządowych oraz gwałtownemu wzrostowi inwestycji prywatnych, perowskitowe ogniwa fotowoltaiczne (PV) pozostają jednym z najintensywniej obserwowanych sektorów w ramach transformacji energetycznej.

Źródło: IDTechEx

Początkowo ogniwa słoneczne z perowskitu przyciągnęły uwagę świata z trzech wyraźnych powodów:

• bezprecedensowego, gwałtownego wzrostu sprawności konwersji energii,
• możliwości płynnego łączenia z tradycyjnym krzemem w architekturach tandemowych typu perowskit-krzem,
• wyjątkowo prostych, niskotemperaturowych procesów produkcyjnych, polegających na osadzaniu cienkiej warstwy przy użyciu procesów opartych na roztworach, kompatybilnych z technologią „sheet-to-sheet” lub „roll-to-roll”.

Jednak wraz z dojrzewaniem branży narracja dotycząca tej przełomowej technologii uległa zasadniczej zmianie.

Więcej niż wydajność: prawdziwe przeszkody na drodze do komercjalizacji

Przez lata rozwój fotowoltaiki perowskitowej traktowano jako wyścig o osiągnięcie wyższej wydajności laboratoryjnej i stabilności podstawowej. Chociaż przedstawiciele branży i instytuty badawcze nadal przesuwają granice wydajności, dyskusja na ten temat uległa zmianie. Obecnie komercjalizacja fotowoltaiki perowskitowej nie sprowadza się już wyłącznie do poprawy wydajności czy walki z degradacją spowodowaną wilgocią.

Aby wypełnić lukę między laboratorium a fabryką, na pierwszy plan wysunął się nowy zestaw kluczowych wskaźników. Raport zawiera dogłębną analizę dojrzałości technologii fotowoltaicznej opartej na perowskicie, badającą czynniki, które są obecnie równie ważne, jeśli nie ważniejsze, niż sama wydajność. Należą do nich:

• Możliwość produkcji i skalowalność: przejście od małych ogniw laboratoryjnych do produkcji wielkopowierzchniowej o wysokiej wydajności bez utraty parametrów.
• Analiza wydajności i kosztów: zapewnienie, że ekonomika produkcji może rzeczywiście konkurować z głęboko skomercjalizowanymi, istniejącymi technologiami fotowoltaicznymi lub je uzupełniać.
• Odporność łańcucha dostaw: identyfikacja i zabezpieczenie specjalistycznych materiałów wymaganych do globalnej produkcji, od podłoży i przezroczystych warstw przewodzących po warstwy aktywne.
• Zrównoważony rozwój: uwzględnienie kwestii środowiskowych, w tym recyklingu po zakończeniu cyklu życia oraz zarządzania zawartością ołowiu w strukturach perowskitowych.

Zróżnicowany rynek globalny: preferencje regionalne

W miarę jak producenci zwiększają skalę działalności, staje się jasne, że rynek fotowoltaiki perowskitowej nie jest jednolity. Różne regiony wykazują odmienne preferencje technologiczne i komercyjne w oparciu o krajową politykę energetyczną, istniejącą infrastrukturę produkcyjną i łańcuchy dostaw oraz ograniczenia geograficzne. Podczas gdy niektóre regiony kładą duży nacisk na tandemowe ogniwa fotowoltaiczne z perowskitu i krzemu w celu maksymalizacji gęstości mocy na skalę przemysłową, inne skupiają inwestycje na elastycznych modułach perowskitowych oraz modułach perowskitowych z pojedynczym złączem, aby umożliwić lokalną produkcję zintegrowaną z budynkami.

Sukces w konkretnych zastosowaniach: to już nie jest pytanie zero-jedynkowe

Ze względu na tę zróżnicowaną dynamikę regionalną i technologiczną opłacalność komercyjna fotowoltaiki perowskitowej nie jest już pytaniem zero-jedynkowym typu „czy ta technologia zadziała?”. Odpowiedź zależy również od konkretnego zastosowania.

Źródło: IDTechEx

Unikalne właściwości perowskitów, takie jak niewielka waga, regulowana przezroczystość i elastyczność, oznaczają, że można je stosować w środowiskach, w których nie sprawdzają się sztywne panele krzemowe. Aby to odzwierciedlić, raport IDTechEx „Perowskitowe ogniwa fotowoltaiczne 2027–2037: technologie, rynki i trendy” zawiera dogłębną, szczegółową analizę konkretnych przypadków zastosowań napędzających rozwój rynku:

• Fotowoltaika zintegrowana z budynkami i stosowana w budynkach (BIPV i BAPV)
• Dachy o niskiej nośności
• Fotowoltaika zintegrowana z pojazdami (VIPV) i nowe środki transportu
• Wewnętrzne urządzenia IoT, elektronika użytkowa i sprzęt przenośny
• Agrowoltaika
• Integracja z barierami drogowymi i akustycznymi (PVNB)
• Przemysł kosmiczny i lotniczy
• Energetyka i wytwarzanie energii na dużą skalę

Autorka: Dr Xiaoxi He