По мнению международной группы ученых, постоянные инновации в технологии фотоэлектрических элементов окажут существенное влияние на процесс развертывания солнечной энергетики в "многотераваттных масштабах" в следующие два десятилетия.
В статье, опубликованной в журнале Cell с открытым доступом, группа из десяти ученых спрогнозировала пути инноваций для основных технологий фотоэлектрических элементов на ближайшие пять лет.
В настоящее время установленная мощность фотоэлектрических систем во всем мире превышает 1 тераватт (1000 ГВт), что составляет 5-6 % от мирового производства электроэнергии. Учитывая "острую необходимость" развертывания фотоэлектрических систем в многотераваттных масштабах в ближайшие два десятилетия для снижения выбросов парниковых газов, "сегодня инновации в области фотоэлектрических устройств актуальны как никогда ранее".
Продолжающиеся исследования, которые приводят к "даже минимальным улучшениям" в эффективности, надежности и производственной эффективности, "в будущем окажут значительное воздействие", отметив, что эти факторы в совокупности делают "все более убедительным ценностное предложение" для фотоэлектрической генерации.
Несмотря на то, что в 2022 году доля кристаллического кремния на рынке составляла 95%, в "будущем тераваттном масштабе", когда фотоэлектричество будет повсюду, технологии смогут дополнять друг друга или комбинироваться.
Технология кремниевых фотоэлектрических элементов, известная как TOPCon (tunnel oxide passivating contact), доля рынка которой составляет 23%, к 2025 году "преодолеет" производство фотоэлектрических элементов PERC (passivated emitter and rear cell) и "вероятно, станет технологией выбора для производства новых элементов в США", — прогнозируется в статье.
Фотоэлементы из кристаллического кремния приближаются к теоретическому максимуму КПД однопереходных фотоэлементов, который составляет 29,4%.
По-прежнему необходимы исследования для разработки высокотемпературных пассивирующих контактов с селективной зоной с обеих сторон фотоэлемента ("усовершенствованный TOPCon"), для улучшения прозрачности и проводимости контактов технологии гетероперехода (HJT) ("усовершенствованный HJT"), а также для объединения новейших технологий HJT или TOPCon со структурой междигитированного обратного контакта (IBC), "что позволит достичь предельной практической эффективности 28%, возможно, уже к 2025 году".
Однако по мере приближения к теоретическому пределу "обнаруживается несколько новых режимов деградации: деградация, вызванная носителями, и метастабильные дефекты", - отмечают ученые.
Промышленность "работает над сокращением или ликвидацией" использования драгоценных металлов, таких как серебро для формирования линий сетки и индий, используемый в прозрачных проводящих оксидах. Несколько фотоэлектрических компаний и исследовательских лабораторий объявили о разработке фотоэлементов HJT "с меньшим потреблением индия или даже без индия".