Liderami rynku PV są krzemowe ogniwa I generacji, których najwyższa możliwa do osiągnięcia sprawność wynosi 29 proc. Niektóre źródła podają tę wartość na poziomie nawet 33 proc. Według szacunków ta najwyższa sprawność może być osiągnięta już za około 15 lat.

Reklama

Jak podaje EasySolar, krzemowe panele PV o najwyższej sprawności mogą być produkowane około roku 2030. Ma to być możliwe głównie dzięki optymalizacji procesu metalizacji, pasywacji emitera oraz lepszej jakości wykorzystywanych w produkcji materiałów. Oprócz sprawności, także redukcja strat na poziomie ogniwo-panel, zastosowanie technologii obustronnych paneli, systemów nadążnych i skupiających promieniowanie słoneczne mają duży wpływ na kształtowanie się kosztu LCOE.

Ogniwa II i III generacji mają niewielki udział w ogólnym bilansie wszystkich produkowanych ogniw i według raportu,. Uniwersytetu z Massachusetts (MIT) w najbliższym czasie nie mają one szans na zdominowanie rynku fotowoltaicznego. Pomimo istnienia technologii pozwalających na uzyskiwanie wyższych sprawności niż w przypadku ogniw krzemowych, są one blokowane z racji swoich wysokich cen. Przykładami są ogniwa korzystające z elementów skupiających promieniowanie słoneczne (jak ogniwo o sprawności 46% od Soitec/Fraunhofer) lub wykorzystujące strukturę tandemową (jak ogniwo o sprawności 38,8% od Boeing/Spectrolab). Tanie technologie z kolei, jak np. ogniwa organiczne, posiadają niskie sprawności i są zbyt mało stabilne.

Inną kwestią jest problem z toksycznością niektórych pierwiastków (jak kadm w ogniwach CdTe) lub wpływ aktualnej ceny rynkowej krzemu. Ogniwa a-Si z uwagi na niskie zużycie krzemu są opłacalne jedynie, gdy cena krzemu jest wyższa niż 20 dol/kg.

Istotna jest również dostępność niezbędnych przy produkcji ogniw materiałów. Obfitość powłoki ziemskiej w potrzebne pierwiastki chemiczne jest zróżnicowana. Istnieją badania, które wskazują na to, że produkcja paneli krzemowych stanie się problematyczna, gdy produkcja energii z PV będzie stanowiła 50 proc. światowej produkcji energii. Może się tak stać jeszcze przed 2050 rokiem. Stosowane do produkcji metalicznych kontaktów srebro również jest trudnodostępne, pojawiają się pomysły zastąpienia tego pierwiastka innymi, tańszymi elementami. Ograniczona jest też dostępność galu, telluru oraz selenu, potrzebnych do produkcji ogniw drugiej generacji.

Z punktu widzenia dostępności wymaganych surowców, technologie cienkowarstwowe, perowskity, CZTS oraz ogniwa z kropkami kwantowymi mogą okazać się świetnymi technologiami dla dużych farm fotowoltaicznych, nawet jeśli PV pokryje 50 proc. globalnej produkcji energii przed 2050 rokiem.

Poza ciągłym podnoszeniem sprawności ogniw krzemowych poprzez poprawę jakości materiałów, przeprojektowanie konstrukcji ogniw oraz techniki pasywacji ogniwa, eksperci przewidują wiele działań w zakresie modyfikacji technologii c-Si. Nastąpi to m.in. poprzez łączenie różnych materiałów z krzemem i mariażem z technologiami trzeciej generacji.

Bardziej popularne staną się techniki takie jak zastosowanie większych odległości pomiędzy rozmieszczonymi na panelu ogniwami, by zyskać odbite promieniowanie słoneczne albo stosowanie dwustronnych paneli, nowoczesnych powłok antyrefleksyjnych oraz łączenie krzemu z pierwiastkami o innych przerwach energetycznych (na wzór ogniw tandemowych).

W związku z dużą skalą prowadzonych badań w zakresie półprzewodnictwa, nie jest powiedziane, że w międzyczasie nie zostaną odkryte wysokiej sprawności materiały, z których będzie można tworzyć tanie i stabilne ogniwa, które zrewolucjonizują świat fotowoltaiki. Póki co największą na to szansą są takie materiały jak perowskity i grafen.

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.