Le batterie alla perovskite possono diventare una nuova favorita nel settore fotovoltaico?
Il 16 giugno dello scorso anno, la rivista Science ha riferito che l’Università di Princeton negli Stati Uniti ha sviluppato la prima cella solare in perovskite 2D commercialmente fattibile. Il team prevede che le sue apparecchiature funzioneranno per circa 30 anni oltre gli standard del settore. Se si riuscisse a raggiungere la produzione di massa, si prevede che il problema della stabilità delle batterie alla perovskite sarà risolto radicalmente. Se questa tecnologia potrà davvero essere implementata, combinata con l’elevata efficienza e i vantaggi a basso costo delle batterie alla perovskite, il mercato dei componenti a base di perovskite sarà illimitato. Tuttavia, nel campo delle celle fotovoltaiche alla perovskite, la cosiddetta "tecnologia delle celle fotovoltaiche di terza generazione", chi potrà entrare in futuro sul mercato dipende da quale linea di produzione potrà essere messa in funzione su larga scala.
Perché è carburo di calcio?
Negli ultimi anni, l'industria fotovoltaica cinese ha vissuto un periodo di grande luce, tra cui le più accattivanti sono le batterie al silicio cristallino. Al giorno d'oggi, la situazione in cui le batterie al silicio cristallino dominano il mondo dovrebbe essere interrotta dalla perovskite, la "tecnologia delle celle fotovoltaiche di terza generazione". Perché la tecnologia delle batterie al carburo di calcio è stata la prima a sfondare? Rispetto alle batterie al silicio cristallino, le celle fotovoltaiche alla perovskite hanno mostrato progressi significativi nella riduzione dei costi e nel miglioramento dell’efficienza. In altre parole, la perovskite soddisfa i requisiti fondamentali di sviluppo di riduzione dei costi e aumento dell’efficienza nel settore fotovoltaico.
In termini di miglioramento dell’efficienza, le celle fotovoltaiche in perovskite hanno compiuto notevoli progressi negli ultimi anni. L'efficienza massima delle celle solari di tipo perovskite a giunzione singola è attualmente del 25,7% e l'impilamento con vari tipi di celle può migliorare ulteriormente l'efficienza di conversione. L'efficienza limite teorica delle celle impilate a doppia giunzione è del 46%, indicando che i materiali perovskiti hanno un grande potenziale per le prestazioni di conversione energetica. Al contrario, le tradizionali celle solari in silicio cristallino hanno ottenuto miglioramenti di efficienza simili in un periodo di tempo più lungo, circa 40 anni.
L'efficienza teorica delle batterie alla perovskite raggiunge il 33% (fonte: annuncio aziendale, Guotai Junan Securities Research)
In termini di riduzione dei costi, poiché la catena industriale della perovskite e la lunghezza del processo sono accorciate della metà rispetto al silicio cristallino, si prevede che il costo di produzione dei componenti della perovskite dopo la produzione di grandi moduli sarà ridotto a meno del 50% del prezzo finale. costo dei componenti in silicio cristallino. Allo stato attuale, l'impilamento del silicio cristallino perovskite su entrambe le estremità combina i vantaggi della perovskite e del silicio cristallino. Tra queste, le batterie HJT alla perovskite sono preferite dall’industria per la loro adattabilità al processo e il potenziale di efficienza. Grazie allo sviluppo più maturo delle batterie al silicio cristallino e ai processi di preparazione più semplici, con l’ulteriore miglioramento dell’efficienza di impilamento, sono attualmente le più convenienti dal punto di vista commerciale.
Si prevede che il costo delle batterie alla perovskite scenderà al di sotto di 0,6 yuan/W (fonte: GCL Optoelectronics, annuncio aziendale, Guotai Junan Securities Research)
Il fotovoltaico alla perovskite, in quanto tecnologia fotovoltaica emergente, non solo ha un'efficienza di laboratorio paragonabile a quella del fotovoltaico in silicio cristallino, ma presenta anche vantaggi significativi in termini di costi e processi. Inoltre, i fotovoltaici in perovskite hanno eccellenti prestazioni in luce debole e caratteristiche fotoelettriche regolabili, che sono caratteristiche che i fotovoltaici in silicio cristallino non possiedono. Ciò rende il fotovoltaico in perovskite più fantasioso negli scenari applicativi.
L’industria delle batterie alla perovskite in rapido sviluppo:
Il 3 novembre Longji Green Energy è stata certificata dal National Renewable Energy Laboratory (NREL) degli Stati Uniti. La batteria impilata con perovskite di silicio cristallino sviluppata in modo indipendente dall'azienda ha raggiunto un'efficienza del 33,9%, che è attualmente il record più alto per l'efficienza delle batterie impilate di perovskite di silicio cristallino in tutto il mondo. In precedenza, il record era del 33,7%.
I leader del fotovoltaico stendono strati di silicio cristallino e promuovono lo sviluppo industriale attraverso molteplici percorsi. Allo stato attuale, il layout delle società quotate si concentra principalmente sull'impilamento di silicio cristallino di perovskite, con la coesistenza di percorsi multipli di impilamento di perovskite Perc/Topcon/HJT. Ad esempio, leader del fotovoltaico come Longji Green Energy e Tongwei Co., Ltd. sono entrati successivamente nel mercato, il che dovrebbe promuovere lo sviluppo industriale delle batterie impilate. Le batterie impilate della start-up coprono molteplici campi come l'impilamento completo di perovskite, l'impilamento di perovskite silicio cristallino, l'impilamento di perovskite rame indio gallio selenio, ecc. La vittoria finale del percorso specifico dipende anche dal futuro miglioramento dell'efficienza e dagli effetti di riduzione dei costi.
Il 27 ottobre, dopo aver ottenuto la certificazione dal Centro nazionale di misurazione e test dell'industria fotovoltaica, la tecnologia fotovoltaica ha raggiunto un'efficienza del 21,63% su moduli batteria alla perovskite di grande area da 30 cm * 40 cm, continuando a guidare il settore delle batterie alla perovskite. (I risultati dei test provengono dal Centro nazionale di misurazione e test dell'industria fotovoltaica)
Va sottolineato che l’efficienza a livello di laboratorio deve ancora essere convalidata nella produzione su larga scala e che esistono ancora sfide di stabilità. Tuttavia, il rapido sviluppo delle celle fotovoltaiche in perovskite fornisce una soluzione precisa e potente per ridurre i costi e aumentare l’efficienza nel settore fotovoltaico, e le sue ampie prospettive di mercato sono fuori dubbio.
Dal punto di vista della scala della linea di produzione e dell’avanzamento dei progetti nel settore della perovskite, il 2022 è il primo anno di industrializzazione della perovskite. Quest’anno, l’industria della perovskite non solo è stata in grado di produrre stabilmente prodotti qualificati, completare spedizioni e costruzioni ingegneristiche in tempo, ma anche di collegare senza problemi i terminali alla rete per la produzione di energia. Con l'avanzamento dell'industrializzazione, gli investimenti aziendali e gli eventi finanziari correlati sono diventati attivi e sono state create dozzine di nuove startup nel campo della perovskite.
Diagramma schematico della catena industriale cinese delle batterie alla perovskite Fonte: Guanzhi Hainei Consulting
Ci sono stati notevoli progressi nella commercializzazione dei minerali di calcio titanio nel settore. Nell'aprile di quest'anno, è iniziata la costruzione della linea di produzione fotovoltaica di perovskite da 1 GW con un investimento totale di 3 miliardi di yuan nel fotovoltaico polare e si prevede che sarà messa in funzione nel terzo trimestre del prossimo anno; La linea di produzione Renshuo Solar da 150 MW verrà messa in funzione entro la fine di quest'anno e l'area dei componenti verrà ampliata a 1,2 * 0,6 m. Guangyin Technology ha completato un finanziamento angel round da 50 milioni all’inizio di aprile 2023, stabilendo un record per il più grande finanziamento angel round singolo nel settore. La sua piccola linea di prova da 10 MW ha iniziato la costruzione a metà aprile 2023 ed è stata completata entro la fine di giugno, rendendola la messa in funzione più veloce al mondo. Si prevede che una linea pilota da 100 MW sarà completata entro la fine del 2024 e la superficie dei componenti sarà ampliata a metri quadrati.
Si può prevedere che l’espansione della produzione industriale accelererà nel 2024, con l’avvio e il funzionamento di più linee di produzione a livello di 100 MW e di alcune linee di produzione a livello di GW. Il 2025 potrebbe entrare nella fase di commercializzazione matura prima del previsto
Figura: Cerimonia di apertura della linea di produzione fotovoltaica di perovskite da 1 GW con energia solare polare
È emersa la traccia futura, dove sono i punti dolenti
Nel campo delle celle fotovoltaiche a base di perovskite esiste uno stato di contesa tra un centinaio di scuole di pensiero. Che si tratti di impilamento di silicio cristallino di perovskite, tecnologia Perc/Topcon/HJT stratificata con perovskite, o di impilamento di tutta perovskite, impilamento di perovskite rame indio gallio selenio e altre tecnologie, è probabile che il futuro ambiente tecnologico delle batterie alla perovskite presenti il fenomeno della coesistenza di più tecnologie con l'attuale batteria al silicio cristallino, la quota di mercato finale e la sopravvivenza del più adatto dipendono ancora dalla domanda di futuri scenari applicativi.
Sebbene la riduzione dei costi e il miglioramento dell’efficienza delle celle fotovoltaiche in perovskite si siano da tempo dimostrati fattibili a livello tecnico, il punto critico finale non può essere separato dalla domanda di riduzione dei costi e miglioramento dell’efficienza nel settore fotovoltaico. Ciò significa che le batterie alla perovskite devono risolvere non solo la stabilità del prodotto stesso, il rapido decadimento dell’efficienza e il contenuto di piombo tossico durante la fase di produzione. La questione più fondamentale è che se vogliamo sostituire gradualmente l’attuale situazione di mercato dominata dalle batterie al silicio cristallino, dobbiamo promuovere rapidamente la filiera efficiente e a basso costo delle batterie fotovoltaiche alla perovskite e la capacità di produzione di massa.
Con il continuo progresso della tecnologia delle batterie alla perovskite, la crescita della domanda di mercato, gli investimenti di capitale e il continuo sostegno politico, abbiamo tutte le ragioni per credere che si prevede che le batterie alla perovskite raggiungeranno gradualmente applicazioni commerciali su larga scala e diventeranno un importante pilastro del fotovoltaico. industria.
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